無電解電容LED光引擎的優(yōu)劣勢分析

一、LED 光引擎的定義

有人把它定義為“LED 光引擎(light engine)是指包含LED封裝(組件)或LED數(shù)組(模塊)、LED驅(qū)動(dòng)器、以及其它亮度、熱學(xué)、機(jī)械和電氣組件的整體組合。該裝置要通過一個(gè)與LED燈具匹配的常規(guī)連接器直接連接到分支電路，該LED燈具 設(shè)計(jì)成不使用標(biāo)準(zhǔn)燈座。”這個(gè)定義看上去好像很完整，但是往往會(huì)使人困惑，因?yàn)樗€包括了“其它亮度、熱學(xué)、機(jī)械和電氣組件”.

其實(shí)可以非常簡單地給光引擎下一個(gè)定義：那就是凡是把LED光源和LED驅(qū)動(dòng)電源結(jié)合為一個(gè)模塊的就可以稱為光引擎。更通俗一點(diǎn)的可以這樣來說，凡是把恒流驅(qū)動(dòng)源放到LED鋁基板上去就成為光引擎。而如果把LED做成光引擎，它就也像白熾燈一樣接上220V就可以亮(當(dāng)然還需要有與其相配的散熱器)。

二、LED光引擎的優(yōu)勢分析

拿LED球泡燈來說，需要統(tǒng)一的基本上就是光引擎和散熱器的尺寸，具體涉及到定位螺釘孔和散熱器的定位螺釘孔的尺寸位置。采用光引擎的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)LED光引擎可以大大加速LED燈具的推廣

最近幾年隨著白熾燈的禁產(chǎn)，LED燈具即將迎來爆炸式的增長。LED燈具廠如雨后春筍般的大量涌出。這雖然是一種必然趨勢，但是也帶來了很多問題，尤其是表現(xiàn)在LED燈具的質(zhì)量上的良莠不齊和各個(gè)廠商之間的無序的價(jià)格戰(zhàn)。LED光引擎的出現(xiàn)可以在很大程度上解決這類問題。因?yàn)橘|(zhì)量是由幾家生產(chǎn)光引擎的大廠決定，價(jià)格也不可能有太大的出入。這就大大地減少了由無序競爭而引起的內(nèi)耗。有助于LED燈具產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。

(2)LED光引擎提升了LED燈具的整體性能

例如提高了整體光效(lm/W)，這里是指包括電源效率在內(nèi)的整體光效，當(dāng)然對(duì)于整燈來說也還應(yīng)當(dāng)包括燈罩的透光率(不過這不是由生產(chǎn)光引擎的公司負(fù)責(zé)，而是由生產(chǎn)散熱器的公司負(fù)責(zé))。也可以提高色溫，顯色指數(shù)等指標(biāo)。

(3)LED 光引擎縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期

因?yàn)樗蠰ED燈具的光學(xué)和電氣指標(biāo)都由光引擎生產(chǎn)廠家制定了。甚至還推薦了相應(yīng)的散熱器。燈具廠家只要把光引擎安裝到散熱器里面去就可以了。燈具廠商甚至不需要經(jīng)驗(yàn)豐富的光學(xué)、電子工程師，也不需要購買昂貴的光學(xué)和電子儀器設(shè)備。換句話說，光引擎可以大大降低LED燈具廠的準(zhǔn)入門限，但卻不會(huì)因此而降低LED燈具的產(chǎn)品質(zhì)量。當(dāng)然這要求光引擎的生產(chǎn)廠家本身就要有極高的水平才行。

(4)LED光引擎降低了成本

目前來說，最簡單而最重要的就是用于LED球泡燈的光引擎。由于采用光引擎至少可以省去了恒流驅(qū)動(dòng)源的印制板，及其生產(chǎn)成本。

三、LED光引擎的劣勢分析

還拿LED球泡燈來說，如果要做成光引擎就必須把它的電源板和LED板合成為一塊板，可以看出其難度是很大的。采用光引擎的劣勢主要有：

1) 開關(guān)電源不適合做LED光引擎

開關(guān)電源雖然性能比較好，效率也比較高，但是最大的缺點(diǎn)就是元件數(shù)目非常多，要和LED燈板集成在一起有很大難度。有人就曾經(jīng)試圖這樣做，其結(jié)果是非常擁擠。

從上圖可以看到，整個(gè)開關(guān)電源幾乎占據(jù)了70%以上的面積，而把LED的空間減到最小。這種結(jié)構(gòu)顯然是不可行的，因?yàn)樗坏珳p小了LED的發(fā)光面積，也擋去一部分光線。而且最大的問題是減小了LED的散熱面積。圖中看來可能是5個(gè)1W的LED.如果要做成9W或10W的球泡燈更是完全不可能實(shí)現(xiàn)的了。

2) 線性電源可以減少元件數(shù)但效率過低

為了減少元件數(shù)，最簡單的方法是改用線性電源，通常線性電源只有5-6個(gè)元件，這樣就可以大大減小所占用的面積。目前市面上的光引擎大多數(shù)都是采用無電解電容的線性恒流源，無電解電容方案是美國ExClara公司于2011年8月提出來的，以后有6-7家公司模仿他們的思路開發(fā)出類似的芯片。它的基本原理就是在輸入交流電壓波形的不同值時(shí)接入以不同恒流值驅(qū)動(dòng)的LED串，以得到和交流整流以后半個(gè)正弦波形相匹配的電流波形，從而可以得到接近于1的功率因數(shù)。效率過低也主要通過以下幾個(gè)點(diǎn)體現(xiàn)出。

● 效率低下，約為88%左右。

● LED不是直流驅(qū)動(dòng)，而是時(shí)通時(shí)斷，所以LED利用率低，最后一串LED的高脈沖電流也會(huì)影響其壽命。

● 整體發(fā)光效率要比有電解電容低15%左右。

● 電流波形接近半個(gè)正弦波，所以會(huì)有100Hz的閃爍。無法用于數(shù)碼相機(jī)照相和安保系統(tǒng)中。

3)電源和燈板合并會(huì)引起嚴(yán)重的散熱問題

采用普通的線性恒流源是不是一種可行的LED光引擎方案呢?不是如此。雖然它解決了占用空間的問題，但是除了上面已經(jīng)提到的缺點(diǎn)以外還有一個(gè)不能忽略的缺點(diǎn)，那就是散熱問題。雖然不管電源放在哪里，它的熱量總歸是要通過散熱器散到空間，但是當(dāng)電源和燈板放在一起的時(shí)候，電源所消耗的功率會(huì)變成熱量而直接加到燈板上，就會(huì)增加燈板所需散去的熱量，這就會(huì)增高LED的結(jié)溫，降低其壽命。而且線性恒流源最大的缺點(diǎn)就是效率極其低下。所以這是一個(gè)極為嚴(yán)重的問題。