進入2011年以后，LED逐漸向室內(nèi)照明進軍，這也意味著開始向民用家庭進軍。一方面這是一個大喜事，因為民用的市場是非常之大;另一方面也是一個極為嚴重的挑戰(zhàn)，因為民用市場要求成本特別低，可靠性特別高。現(xiàn)在離開完全滿足民用市場的要求還很遠，可以說還有很長的路要走。
最普通的民用燈就是白熾燈，也就是我們普通用的燈泡。所以如果LED要取代白熾燈泡，就要開發(fā)出一種無論在燈頭形狀還是外型上都和白熾燈泡類似的燈泡，這就是我們通常稱為LED球泡燈?？梢韵胂?，球泡燈的市場是十分巨大的。
一.對LED球泡燈的要求
因為要替換白熾燈，所以至少要有以下幾方面的要求：
1.亮度要相當 白熾燈通常只講瓦數(shù)而不講流明數(shù)。LED雖然也可以只講瓦數(shù)，但是由于LED的光效還在不斷發(fā)展，只說瓦數(shù)并不能代表其流明數(shù)。白熾燈最常用的瓦數(shù)有15瓦、30瓦、45瓦、60瓦、75瓦和100瓦等。如果要講流明數(shù)，那么可以用白熾燈的發(fā)光效率來計算。白熾燈的發(fā)光效率在7.5-12lm/W。瓦數(shù)越大效率越高。所以上面列出幾種瓦數(shù)的白熾燈的相對流明數(shù)可以列表如下：
如果采用LED來取代，也可以得出相應(yīng)的瓦數(shù)。但是因為LED的發(fā)光效率在不斷攀升，所以很難給出準確的數(shù)字。假定采用目前通常的LED1，其光效為100lm/W，假如采用最高光效的LED2，其光效為130lm/W(暖白的光效會低于此值)。就可以得出對這兩種光效LED相應(yīng)的瓦數(shù)來。但是因為LED需要恒流源，而恒流源有一定的效率，假定為85%，另外因為LED不可能采用透明泡殼，而只能采用乳白泡殼。其透光率大約為85%。二者相乘等于0.72。?？紤]以上因素以后就可以得出和白熾燈相當?shù)耐邤?shù)來。由表中可見，LED2在同樣亮度時大約可以節(jié)省10倍的功率。有一點需要特別說明的。就是從目前LED球泡燈的光效和散熱來說，它還不可能做到10瓦以上，也就是說目前還只有可以取代60-75W白熾燈的LED球泡燈。當然PAR燈就另當別論了(后面將討論)。
2.外形要類似 通常白熾燈為梨形的，所以LED球泡燈也應(yīng)當為梨形的。這點是很容易做到。但是白熾燈為全玻璃制品，LED因為要散熱就很難采用全玻璃的結(jié)構(gòu)。下面會詳細討論LED球泡燈的結(jié)構(gòu)。
3.體積大小要相當，因為LED需要恒流源和散熱器，所以這是非常難做到的
4.重量要相當，同樣因為LED需要恒流源和散熱器，所以這也是非常難做到的
5.燈頭要相同 中國過去大都是采用卡口式，改革開放以后大都改用和美國一樣的螺口式。就是美國的E26或E27。這點也還是很容易做到的
6.電源要相同，都應(yīng)該是220VAC(或美國的110VAC)，這也是沒問題的
二.LED球泡燈的結(jié)構(gòu)
LED球泡燈可以分為外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。我們先來看一下它的外部結(jié)構(gòu)。一個典型的LED球泡燈的外形如圖1所示(這是作者最近在美國硅谷Fry’s電子商店上看到的最大功率的LED球泡燈，價$40)：
圖1. LED球泡燈的外形
這是一個5W的LED球泡燈，全長13cm，散熱器長5cm，直徑4.5cm，泡殼長5.2cm，直徑5.5cm，重量114克。它大約可以取代45W的白熾燈。其外部結(jié)構(gòu)主要包括3個部分，一個是燈頭，二是散熱器，三是泡殼。而內(nèi)部結(jié)構(gòu)則主要是2部分，一是恒流驅(qū)動電源，二是LED燈板(包括鋁基板和LED)在內(nèi)(圖2)。
圖2. 球泡燈的構(gòu)成
下面分別來討論這幾個部分的構(gòu)成。
三.球泡燈的電源
因為球泡燈都是用市電供電，所以電源也必須是市電交流輸入的，英文稱為Off-Line，有把中文譯成離線式是很不恰當?shù)模驗橛⑽脑馐荈rom Line的意思，應(yīng)該譯成在線，但又會和網(wǎng)絡(luò)的在線相混，所以不如就直接稱為市電式電源。
球泡燈的市電式電源基本指標如下：
1.電源基本類型：主要分隔離式和非隔離式兩種，那是指負載端是否與火線220V隔離。一般說，非隔離因為不需要隔離變壓器，所以成本低，但要求鋁基板耐壓高，否則散熱器就有可能帶電。所以比較不容易通過安規(guī)檢驗。隔離式就比較安全，比較容易通過安規(guī)，但成本高。
2.電源輸出功率：因為球泡燈的體積大小必須和玻殼的白熾燈相當，所以散熱器大小有限，目前還不能超過9W。
3.電源效率：一般隔離式在80-85%左右，非隔離式在90%左右
4.電源功率因數(shù)(PF)：不加PF校正在0.5-0.6，加PF校正在0.9-0.99左右
5.體積大?。河捎谇蚺轃袅艚o電源的空間很小，所以體積的限制很嚴。
下面來介紹幾種典型的球泡燈電源。
3.1非隔離式電源
下面是一個采用美國安森美NCP1014的非隔離式電源原理圖(圖3)
圖3. 非隔離式電源原理圖
這個電源的基本指標如下：
其實這個電源的核心就是一個恒流二極管NSI45025，以確保LED恒流在25mA。所以它只能用于小功率貼片式的LED。其中外加的集成電路NCP1014實際上是一個有源式的功率因數(shù)校正(PFC)，可以把它的功率因數(shù)提高到>0.9以滿足美國能源之星的要求。輸入端的L1，C1，C2是一個防電磁干擾EMI的濾波器。它的缺點是非隔離，所以220V會直接加到負載LED上。
其實假如不要求功率因數(shù)的話，那么采用恒流二極管(CRD)的電源方案可以做得很簡單(圖5)。
圖5. 最簡單的采用恒流二極管的球泡燈電源
這種電源的功率因數(shù)大約在0.5-0.6之間。因為電路簡單，所以體積可以做得很小，而且成本很低。
3.2隔離式電源
為了提高安全性，最好采用隔離式電源，這樣就多了一個隔離變壓器，增加了體積、成本，降低了效率。圖6是一個采用iWatt公司iW3610的反激式隔離電源電路圖。其實這個芯片和Cypress公司的CY8CLEDAC02十分類似。
圖6. 采用iW3610 的隔離式電源的電路圖
其主要技術(shù)指標如下表所示：
這個電路還可以自動檢測墻上有無可控硅調(diào)光器，如果有的話就可以調(diào)光，其調(diào)光范圍可以從2%調(diào)到100%。而且最后采用了PWM調(diào)光，調(diào)光頻率高達900Hz，因此避免了閃爍。另外由于采用了準諧振控制使其總效率高達85%。它還有一個特點是采用變壓器初級反饋從而取消了光耦合器件。它的外形圖如圖7所示。其外形是專門為球泡燈而設(shè)計。
圖7. iW3610的演示板
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