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中国LED网论坛 >> LED驱动电源
版主:  zpwang   零距离   半导狂人   夜行侠   刘冈陇   LED-power   Anna 
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只有效率高达99%的线性恒流源才能够做出高性能的LED光引擎!
 茅于海
助理工程师   120  2016/7/28 9:09:00
楼主

茅于海

1.      什么是光引擎?

光引擎就是把恒流源和光源做到同一块铝基板上,只要固定到散热器和焊两根电源线就变成灯具。

 

2.      光引擎有哪些优点?

可以说推广光引擎的最大好处有以下几个方面。

l  降低 LED照明灯具厂家研发费用,缩短产品生产周期

因为所有LED灯具的光学和电气指标都由光引擎生产厂家制定了。甚至还推荐了相应的散热器。灯具厂家只要把光引擎安装到散热器里面去就可以了。灯具厂商甚至不需要经验丰富的光学、电子工程师,也不需要购买昂贵的光学和电子仪器设备。换句话说,光引擎可以大大降低LED灯具厂的准入门限,但却不会因此降低LED灯具的产品质量。当然这要求光引擎的生产厂家本身就要有极高的水平才行。

l  推广光引擎可以大大加速LED灯具的推广

最近几年随着白炽灯的禁产、禁销,LED灯具即将迎来爆炸式的增长。LED灯具厂如雨后春笋般的大量涌出。这虽然是一种必然趋势,但是也带来了很多问题,尤其是表现在LED灯具的质量上的良莠不齐和大量厂商之间的无序价格战。LED光引擎的出现可以在很大程度上解决这类问题。因为质量是由几家生产光引擎的大厂决定,价格也不可能有太大的出入。这就大大地减少了由无序竞争而引起的内耗。有助于LED灯具产业的高速发展。

l  提升了LED灯具的整体性能

例如提高了整体光效(lm/W),这里是指包括电源效率在内的整体光效,又如色温,显色指数,等也可以按需生产。而且在同样的光通量时还可能降低功耗,进一步节能。

l  降低了成本

至少可以省去了恒流驱动源的模块,及其生产成本。实际上,由于采用COB LED,不但省去封装。生产还可以高度自动化,这就会大大降低生产成本。

 

3.      开关恒流源不适合做成光引擎

因为开关电源的元件数目太多,做到铝基板上就会挡去很大一部分光线。而且因为元件数目多,焊接麻烦,发生故障的几率也高,可靠性降低!

 

4.      普通线性恒流源虽然元件数很少但是效率太低

点击查看大图

220V时效率只有85%,市电电压越高,效率越低。现在市面上很多所谓“交流ACLED光引擎”和“去电源光引擎”都是采用了这种普通的线性恒流源。

5.      低效恒流源集成到铝基板上会增加很多热量,使得其结温升高

10WLED为例,恒流源效率85%,所以只有8.5W功率提供给LED点亮,LED本身发光效率只有40%,有60%8.5x0.6=5.1W)都转换为热量。现在还要加上恒流源的1.5W的热量,使得铝基板上的热量增加了1.5/5.1=0.3,也就是增加了30%的热量。近似地说,LED的结温也会增高30%

6.      LED结温升高后,会降低发光效率,缩短寿命

LED的结温升高会导致内量子效率降低,从而使光效降低,荧光粉的发光效率也会随温升增高而降低。

任何一个设计得好的灯具,必须使得其在热稳定以后的结温为85度左右,这样可以保证其寿命(衰减至70%)在三万小时。

而至于光效的降低,有人做了一些实验,得出了接近线性降低的曲线。

25度室温升高到85度的温度结温时其光效降低15%左右。通常我们把刚开始时的光效称为冷光效,温度稳定以后的光效称为热光效。

现在结温增加了30%,也就是达到110度,从这个曲线可以外推,得到这时候的光效大约是冷光效的75%,也就是降低了25%,或者比原来的热光效降低了10%

而其寿命的降低也可以从Cree公司提供的寿命和结温关系曲线中得出:

我们可以看出,如果原来的结温是85度,那么寿命就是30,000小时;而如果结温升高到110度,那么寿命就连10,000小时也不到了。

 

7.      埃菲莱公司发明了效率高达99%的线性恒流源

这种高效线性恒流源的实测效率如下图所示:

蓝色为恒流源本身的效率,红色为加上整流器以后的总效率,在175V-265V内效率不变。

它的温度稳定性也很好,当环境温度从35度增高到85度时,总效率不变。

点击查看大图

而且,在采用这种高效率恒流源做成光引擎以后,它在输入交流电压改变时,输出的功率不变,流明数不变,光效不变。

这样稳定的性能是任何线性恒流源无法做到的!

 

8.      用这种高效率恒流源做成的高光效光引擎

2013年初把这种高效率恒流源做成了高光效光引擎,其外形照片如下:

把这个光引擎做成球泡灯以后送到国家电光源质量监督检验中心(上海)去检测,测得结果如下:功率:7.93W,流明数:1001.2,光效:126.3lm/W,色温:6121K,显色指数:84.5,如果去掉光罩0.9的透过率,那么光引擎本身的光效为140.3lm/W.

2015年埃菲莱公司已经做出功率为60W光效为145lm/WD80H光引擎(左图)。

点击查看大图

160W光效为129lm/WD80A光引擎(右图)

 

 

9.      高效光引擎的十大优点

这种高效光引擎的优点可以归结如下十点:

1.      把恒流源放到铝基板上,不会增加铝基板的热量,既不会降低光效,也不会缩短寿命。

2.      去掉了电源模块,减小了空间,电源芯片也不需要带散热片的封装,甚至也可以不用封装,降低了成本。

3. 恒流源的高效率,可将整灯光效(lm/W)提高至少10%左右

4. 提高电源效率,也减小了10%能耗,进一步节能

5. 减少了整灯的热量,如果采用同样的散热器,可以进一步降低LED结温,延长LED寿命

6.恒流源一共只有5个元件,提高了电源的可靠性

7.采用环形COB LED,也进一步改进了散热,提高了光效

8.因为是线性电源,整灯不存在电磁干扰EMI的问题

9.对外机械接口只有铝基板尺寸和三颗螺钉位置,甚至于还可以不用螺钉而采用导热胶来固定,电气接口只有两根220V电源线,很容易标准化

10.简化了生产过程,降低了生产成本,连同BOM成本的总成本降低30%左右。

 

所以只有采用这样高效率(99%)的线性恒流驱动源,才能够做成高性能的光引擎!

 

结束语

现在埃菲莱公司已经生产出了从10W160W的各种功率的高光效光引擎,这些光引擎可以应用于从球泡灯、轨道灯、筒灯、到投光灯、路灯等各种类型的LED灯具里,可以说这种高光效LED光引擎的出现将会改变整个LED行业的格局。而且如果能够组织起来充分发挥这种高效率的光引擎的作用,使得所有LED都能采用这种高效率的光引擎,那么又可以对节能减排提供极其惊人的节能效果。中国的照明用电量为总用电量的14.5%2014年总发电量为56496亿度电,即照明用电量为8191.9亿度电。采用埃菲莱的光引擎以后至少可以节约10%的能量,也就是819.2亿度电,而三峡发电站的年发电量为847亿度电,所以也就能够节约出一个三峡发电站来。而全球照明用电量占总用电量的19%2014全球总发电量为238670亿度电,所以照明用电量为45350亿度电,采用埃菲莱的光引擎以后就可以节约4535亿度电,相当于5个三峡电站的发电量。

 

 任飞
实习生   14  2016/7/28 15:43:00
第1楼
这种恒流电源的效率真高,但要实际使用测试下才知,没有见过。如果真是这样,那传统的驱动都要见马克思了!!!
 YHLAN
高级工程师   1084  2016/8/1 11:38:00
第2楼
以下是引用任飞在2016/7/28 15:43:00的发言:
这种恒流电源的效率真高,但要实际使用测试下才知,没有见过。如果真是这样,那传统的驱动都要见马克思了!!!
能耗高效没什么奇怪的,但LED照明不仅仅是能耗问题,但本文的【只有效率高达99%的线性恒流源才能够做出高性能的LED光引擎】却是一个误导,首先以【光引擎】概念误导,概念倒是不错,引擎本身含有通用的隐性需求,也就是该引擎能与其它引擎相互通用,如汽车发动机,不管汽车形式如何,都可配不同的引擎来驱动,也就是引擎的通用性,当然这里的【光引擎】也符合这个概念,但引擎还有一个概念,那就是先进性,先进性体现在光输出品质上,理应输出连续(每个时刻)、稳定的光通量,显然对于交流电驱动的LED引擎来说,输出的光不再连续,也就没有稳定可言了,交流电本身输出就是变化的,功率只是个等效值,而线性驱动的本身没什么问题,只是效率相对较低,对于产品系统可靠性来说,需要一定的冗余余量,显然这并不符合节能概念,但楼主的概念是线性系统,却又99%的效率,显然理论上是做不到的,但现实产品却是实实在在是线性驱动产品,其实只是表面上而已,实际上还是开关系统的,但这里的开关并不是开关电源,而是一种暂波电路,高压时断电方式,没有电流,基本没有哦损耗,因此效率极高,但这并不是线性的功劳所在,但这种电路PF极低,当然,负载电压取得高一些相对PF也有所改善,这种方法其实与其它用电器的PF是互补的,因为这种电路使用的功率(谷电)正是其它用电器(峰电)刚好互补,相对来说,用的正好是其它用电器的无功功率那部分,宏观上对提高电网的PF值有好处,但是,LED输出的光存在闪烁,频率是工频的4倍,8年前我做过这类产品,因功率因素原因而放弃,这种方案需要两个条件才能成立,一是PF的认知,使这种方式成为可能,二是需要长余辉荧光粉,这个相对可能还是可以实现,至少对于频闪是有所改善,虽不能完美,能改善到可接受的程度也是不错的选择,而此种电路也不必集成到LED光源上,显然这样的LED光引擎定义并不科学,对于LED光引擎定义,应该是一种通用(可互换)的单元,也就是不同品种的光引擎应该可以无条件相互换,当然功率在驱动范围之内。实际是有得有失,其它的驱动也未必就必须要见马克思的,这要看得与失的平衡,至少目前PF值难以过关,要改变并不容易,所以文主也提出过PF于频闪哪个更重要的选择,文主更是号称PF专家,但在该“引擎”上的PF却束手无策,其实专家搬出来的功率因素知识都是教科书内容,并没有自己的观点,至少还没认清功率因素的本质所在,功率因素的核心并不在教科书中,所以大家也找不到的,当然也就没有完美的解决的办法了。
 YHLAN
高级工程师   1084  2016/8/1 11:42:00
第3楼
以下是引用任飞在2016/7/28 15:43:00的发言:
这种恒流电源的效率真高,但要实际使用测试下才知,没有见过。如果真是这样,那传统的驱动都要见马克思了!!!

未必!LED照明其实并没那么简单,只是被简单化了而已。
 ykyk439
助理工程师   228  2016/8/1 13:45:00
第4楼
光引擎的出现可以很好的解决小功率球泡的问题
第一是因为球泡灯功率小 PF值要求低
第二是将电源部分和光源部分集成在一起 对于灯泡的散热设计来说更容易达到

当然能实现的前提是将产品模块化 低成本化
如果成本比老方案还贵 那么推广就有难度


大功率以及室外照明 还是问题很多
因为大功率的话无法做成模块化的产品
 YHLAN
高级工程师   1084  2016/8/1 17:33:00
第5楼
以下是引用ykyk439在2016/8/1 13:45:00的发言:
光引擎的出现可以很好的解决小功率球泡的问题
第一是因为球泡灯功率小 PF值要求低
第二是将电源部分和光源部分集成在一起 对于灯泡的散热设计来说更容易达到
当然能实现的前提是将产品模块化 低成本化
如果成本比老方案还贵 那么推广就有难度
大功率以及室外照明 还是问题很多
因为大功率的话无法做成模块化的产品
模块化是LED照明的技术瓶颈问题,并不是某个或某类产品原因,需要优秀的LED光引擎定义,PF虽不是重点,但所有LED光引擎应该都有共性,否则标准还是无法成为标准,这与功率并没有什么关系,电源集成在一起并不是光引擎,只是简单堆积在一起罢了,形成的也只是一种一次性用品,几乎是无法避免闪烁的可能,LED照明的方案在于产品的优越性而非成本,LED将就球泡本身已经跑偏了,这才是LED照明难以推广的根本原因。
大功率问题多多是现实,原因也是成本第一的误导所致,【因为大功率的话无法做成模块化的产品】应该是有点主观臆断,其实大功率是可以模块化的,其实现在已有LED光源模块化方案,0~1000W的模块化方案,并且模块化是兼容的,正因成本为先意识阻断而难以成长,几款LED驱动电源就能搞定所有LED照明产品。
 深圳合创捷LED电源瞿
实习生   16  2016/8/3 9:49:00
第6楼
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