業(yè)界激辯LED照明電源 相關(guān)方案惹爭(zhēng)議
對(duì)于LED照明驅(qū)動(dòng)電源，當(dāng)前的主要訴求集中在高可靠性，以及高效節(jié)能等方面。來自本土的西安明泰半導(dǎo)體科技有限公司總經(jīng)理邢先鋒針對(duì)目前的LED照明驅(qū)動(dòng)電源明確提出三點(diǎn)要求：
第一、要具有高的可靠性，包括與LED光源相匹配的長(zhǎng)壽命，寬的工作溫度適應(yīng)性(-40度—65度，甚至-55—85度)，以及寬的電網(wǎng)適應(yīng)及自我保護(hù)性能等;
第二、要高效節(jié)能，明泰Tesemi的產(chǎn)品效率高達(dá)95%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我國和歐盟等91%的一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn);
第三、在目前LED產(chǎn)品無全面標(biāo)準(zhǔn)情況下，LED必須滿足電氣強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，特別是EMC的GB17743對(duì)應(yīng)IEC6100，電流諧波THD的GB17625.1-2003對(duì)應(yīng)IEC61000-3-2:2001，這要求了電源要有良好的EMC,PFC/THD。
iWatt公司一直配合眾多LED照明企業(yè)提供電源方案，該公司銷售副總裁朱保賚表示，LED照明電源發(fā)展的趨勢(shì)應(yīng)該是：高效率、高可靠性，以及對(duì)調(diào)光與非調(diào)光廣泛的應(yīng)用兼容性。PowerIntegrations市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁DougBailey也認(rèn)為，所有客戶都需要可靠、高效節(jié)能的LED驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。
當(dāng)然，還有其他一些要求存在，比如功率因數(shù)校正(PFC)，無閃爍可控硅調(diào)光，在不同輸入電壓、溫度及燈泡間都具有高精度恒流驅(qū)動(dòng)輸出，以及一致的導(dǎo)通和關(guān)斷性能。DougBailey表示，PowerIntegrations(PI)所推出的器件在隔離式(LinkSwitch-PH)和非隔離式(LinkSwitch-PL)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中都具備這些特性，具體取決于所選用的機(jī)械隔離方式和目標(biāo)應(yīng)用所適用的安全規(guī)則。
當(dāng)前市場(chǎng)對(duì)LED照明電源的需求因應(yīng)用而異，消費(fèi)類燈泡的設(shè)計(jì)要求與路燈或工業(yè)熒光替代燈存在很大的不同。Rohm公司認(rèn)為，LED照明市場(chǎng)用于室內(nèi)照明的燈泡型漸漸過渡到直管型，用于室外的街燈也有增加。隨著LED向高亮度化改善，LED驅(qū)動(dòng)電路也逐漸開始向高輸出化發(fā)展。
離線型LED照明電源成主流
目前，LED取代型燈泡及其他新型LED照明的發(fā)展十分迅速，主體市場(chǎng)則趨向離線型LED照明電源。國際整流器公司(IR)LED部門主管PeterB.Green指出，離線LED電源市場(chǎng)主要分為高功率和低功率兩個(gè)部分，大概以50W為分界線，不包括手持設(shè)備等低壓應(yīng)用。
基于集成型LED的燈泡替代產(chǎn)品大多采用簡(jiǎn)單的、非絕緣型降壓穩(wěn)壓器LED驅(qū)動(dòng)電路。這些產(chǎn)品都是采用了最少的元器件數(shù)量和最低的成本，但又必須同時(shí)提供足夠的流明/每瓦，以及高于0.7的功率因數(shù)，并具有標(biāo)準(zhǔn)的雙向可控硅調(diào)光器調(diào)光的能力。
市場(chǎng)上不能滿足這些性能要求的產(chǎn)品正逐漸被取代，而美國能源部“能源之星計(jì)劃(EnergyStarprogram)”的要求也是促成這一變化的原因之一。
高功率LED驅(qū)動(dòng)器通常需要絕緣隔離，以達(dá)到UL標(biāo)準(zhǔn)。這往往需要其功率因數(shù)大于0.9，并具備調(diào)光能力，而這種調(diào)光能力可能是通過基礎(chǔ)調(diào)光器之外的其他方法實(shí)現(xiàn)的。另外還需要產(chǎn)生至少與熒光燈相等的流明/每瓦，并具有更長(zhǎng)的使用壽命。
DiodesLED照明業(yè)務(wù)部門總經(jīng)理AllanLin認(rèn)為，離線型LED照明電源的發(fā)展將改變LED的銷售角度，從銷售大批量DC/DC電源的低電流、高亮度LED(用于手機(jī)、標(biāo)識(shí)及筆記本電腦)，到銷售AC/DC電源的更高電流LED(一般是照明應(yīng)用)。這將提升整個(gè)普通照明AC/DCLED驅(qū)動(dòng)器市場(chǎng)，并增加對(duì)電源組建更低成本的需求。
LED背照燈電視和其他大型LCD電視應(yīng)用也迎來其他發(fā)展空間。他們正由CCFL向LED轉(zhuǎn)移，從而進(jìn)一步促進(jìn)更高電流LED、更高電壓電源市場(chǎng)的發(fā)展，并提高對(duì)驅(qū)動(dòng)眾多大型平行鏈的更高電源LED的要求。
無電解電容LED照明方案惹爭(zhēng)議
在大多數(shù)LED應(yīng)用中，對(duì)LED燈的使用壽命影響最大的器件就是去耦電容器。高溫高可靠性的電容器會(huì)顯著增加BOM的成本，因此減少電容的大小是增加電燈壽命及控制BOM成本的一個(gè)重要趨勢(shì)和訴求。AllanLin表示，Diodes正在研究在未來的器件中減少電容器的大小。
不僅如此，更有不少廠商紛紛推出無電解電容的LED照明方案。創(chuàng)意電子有限公司產(chǎn)品工程師龍金節(jié)介紹，該公司TK5401、IL9910、TK5401均為無電解電容的驅(qū)動(dòng)方案，主要用于球泡燈，PF值可達(dá)到歐洲標(biāo)準(zhǔn)0.70，外圍元件少，價(jià)格低，長(zhǎng)壽命且節(jié)約空間。隨著時(shí)間的推移，市場(chǎng)上的一些帶有電解電容的驅(qū)動(dòng)電源會(huì)有相繼失效的現(xiàn)象，龍金節(jié)認(rèn)為，無電解電容的驅(qū)動(dòng)方案是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。
雖然LED是個(gè)節(jié)能環(huán)保產(chǎn)品，目前商用80-120lm/w光效已是所有照明產(chǎn)品中最高水平，但仍有60%左右的電能不能轉(zhuǎn)換為光能而轉(zhuǎn)換為熱能。所有LED燈具工作時(shí)是一個(gè)加熱體，使燈具局部形成50—70度甚至85度的高溫區(qū)，會(huì)很快將電解電容的電解液烤蒸發(fā)，1000到3000小時(shí)時(shí)就很快失效。
邢先鋒指出，實(shí)際上傳統(tǒng)日光燈、節(jié)能燈驅(qū)動(dòng)中電解電容也催在同樣問題，只是電源壽命與燈管壽命相當(dāng)而沒使矛盾特別突出。他表示，“無論可靠性還是成本，抑或是可實(shí)現(xiàn)性考量，無電解電容將是LED照明驅(qū)動(dòng)電源的不二選擇?！?
針對(duì)無電解電容方案，在業(yè)界有很多其他不同的聲音。
“我們并不認(rèn)為無電解電容LED照明是LED照明電源的發(fā)展大趨勢(shì)。而且從現(xiàn)狀來看，技術(shù)方面需要克服的問題很多。”Rohm公司表示。
PeterB.Green指出，隨著電源需求的增加，如果不采用電解電容，LED驅(qū)動(dòng)器的設(shè)計(jì)會(huì)變得非常昂貴。在低功率水平上，通過用陶瓷電容取代電解電容可以解決這一問題，而在高品質(zhì)光源燈具上，電解電容是難以去除的。
事實(shí)上，如果電解電容質(zhì)量很好，可以達(dá)到105攝氏度的工作溫度和10000小時(shí)額定工作時(shí)間，就沒有必要將電解電容從LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)中去除。
如果在低溫條件下，這些元件的使用壽命可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過10000小時(shí)，例如，在85度下，一個(gè)額定壽命為10000小時(shí)的元件可以運(yùn)行40000小時(shí)。 [!--empirenews.page--]
“其實(shí)用不用電解，其焦點(diǎn)就是電解的壽命，也就是整個(gè)產(chǎn)品的可靠性?！敝毂Ｙl表示，對(duì)于LED電源，擔(dān)心最多的就是某些元件的自然老化，例如電解電容，因?yàn)樗墓ぷ鳒囟群芨?其次就是驅(qū)動(dòng)電源對(duì)于電網(wǎng)波動(dòng)的適應(yīng)性及可靠性，例如雷擊，因?yàn)楹芏喟雽?dǎo)體的元件會(huì)因?yàn)镺verStress而失效。電解電容會(huì)存在電解液干涸的可靠性問題，但是如果簡(jiǎn)單地去除電解電容就會(huì)降低電源對(duì)電網(wǎng)波動(dòng)的抗干擾能力，也會(huì)帶來因雷擊失效的風(fēng)險(xiǎn)，因此需要全面地評(píng)估產(chǎn)品的可靠性。
由無電解電容帶來的高紋波電流而導(dǎo)致的低頻閃爍開始越來越被人注意，有研究者認(rèn)為，低于165Hz的頻閃即便是人眼不易覺察，但這已經(jīng)對(duì)某些人眼造成生理上的不適，幅度大的低頻紋波會(huì)也會(huì)被導(dǎo)致一些數(shù)碼像機(jī)設(shè)備出現(xiàn)差頻閃爍的亮暗柵格。朱保賚認(rèn)為，雖然市場(chǎng)很渴望能有既能解決電容壽命又能保持穩(wěn)定性及可靠性的新方案，但現(xiàn)階段在高品質(zhì)光源燈具上是難以去除電解電容的。
DougBailey贊同此觀點(diǎn)。他表示，對(duì)于不需要調(diào)光的應(yīng)用，使用LinkSwitch-PH就可以省去電解電容。PI的單級(jí)PFC/恒流設(shè)計(jì)可以讓設(shè)計(jì)師省去大容量電容，這在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常需要在PFC級(jí)和恒流級(jí)之間使用。對(duì)電容剩下的唯一要求是，在輸出中通過AC波形的低點(diǎn)(此時(shí)，電壓接近于零)對(duì)LED供電。
“這可以用足夠容量的陶瓷電容、鉭電容或OSCON電容來替代電解電容，從而消除100Hz或120Hz的閃爍。對(duì)于不太關(guān)注調(diào)光的高溫、高可靠性工業(yè)應(yīng)用來說，我強(qiáng)烈建議不采用電解電容進(jìn)行設(shè)計(jì)?！盌ougBailey強(qiáng)調(diào)。
非隔離和隔離型驅(qū)動(dòng)電源將長(zhǎng)期共存
目前在一般的LED照明市場(chǎng)上，存在非隔離設(shè)計(jì)和隔離型驅(qū)動(dòng)電源之分。
非隔離設(shè)計(jì)僅限于雙絕緣產(chǎn)品，例如燈泡的替代產(chǎn)品，其中LED和整個(gè)產(chǎn)品都集成并密封在非導(dǎo)電塑料中，因此，最終用戶并沒有任何觸電的危險(xiǎn)。二級(jí)產(chǎn)品都是隔離型的，價(jià)格相對(duì)比較昂貴，但在用戶可以接觸到LED和輸出接線的地方(通常在LED照明和路燈照明應(yīng)用的情況下)，這種產(chǎn)品必不可少。
帶隔離變壓器或者電氣隔離的LED驅(qū)動(dòng)電源意味著LED可以直接用手接觸而不會(huì)觸電。而無隔離變壓器的LED驅(qū)動(dòng)電源雖仍可以借助防護(hù)外殼實(shí)現(xiàn)部分機(jī)械絕緣，但此時(shí)的LED在工作時(shí)并不能直接接觸。
Rohm公司指出，如何選取絕緣型和非絕緣型的照明驅(qū)動(dòng)電源，主要在于安全和大小的關(guān)系，要看市場(chǎng)需要?！暗俏覀冋J(rèn)為絕緣型燈泡在今后將成為主流?！痹摴鞠嚓P(guān)負(fù)責(zé)人表示。
龍金節(jié)也認(rèn)為隔離型將成為市場(chǎng)的主流。如果采用隔離驅(qū)動(dòng)，在電源初級(jí)側(cè)有問題時(shí)次級(jí)側(cè)的光源不會(huì)受到傷害，也就是說光源不會(huì)被破壞。隨著人們對(duì)安規(guī)的重視越來越強(qiáng)，隔離驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)前景看漲。
DougBailey持有不同意見。他認(rèn)為，兩級(jí)架構(gòu)適用于必須使用第二個(gè)恒流驅(qū)動(dòng)電路才能使PFC驅(qū)動(dòng)LED恒流的舊式驅(qū)動(dòng)器。
這些設(shè)計(jì)已經(jīng)過時(shí)，不再具有成本效益，因此在大多數(shù)情況下都最好采用單級(jí)設(shè)計(jì)。
物理設(shè)計(jì)決定著驅(qū)動(dòng)器是隔離式還是非隔離式。安全規(guī)則通常要求使用兩個(gè)獨(dú)立的隔離層。設(shè)計(jì)師可以選擇兩種物理隔離層，即塑料散光罩和玻璃護(hù)罩，并使用非隔離式電源。如果物理隔離成本太高、存在機(jī)械困難或者吸收太多光，就必須在電源中解決電氣隔離問題。
DougBailey指出，隔離式電源通常要比同等功率水平的非隔離式電源大一些。照明燈設(shè)計(jì)師必須在他們所設(shè)計(jì)的每款產(chǎn)品中進(jìn)行大量的成本及設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。
邢先鋒也表示，越簡(jiǎn)單的方案越有優(yōu)勢(shì)，所以單級(jí)框架一直是設(shè)計(jì)師們孜孜追求的方向。
“現(xiàn)在有很多實(shí)現(xiàn)‘離線性’LED電源的方法，而最好的方法取決于最終的應(yīng)用?！盇llanLin說，“我們預(yù)見單級(jí)(無隔離及帶隔離)將主導(dǎo)取代型燈泡(E27,GU10,T8型燈)，對(duì)于這些產(chǎn)品來說，成本和解決方案的大小至關(guān)重要?！?
由于適用于不同的應(yīng)用，是采用隔離的絕緣變壓器還是采用隔離的防護(hù)燈罩外殼，設(shè)計(jì)者在不同的角度考慮永遠(yuǎn)會(huì)有不同的見解。通常，他們會(huì)從多方面去分析，例如成本與制造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規(guī)范的要求，等等。
Supertex公司認(rèn)為這兩種架構(gòu)將來都會(huì)得到普及。PeterB.Green也表示，在未來這兩種類型的設(shè)計(jì)都將會(huì)繼續(xù)使用，因?yàn)槊總€(gè)設(shè)計(jì)分別滿足了不同的市場(chǎng)需求。
帶變壓器的驅(qū)動(dòng)成本較高，但也相應(yīng)讓LED燈具變得更加實(shí)用，能夠滿足終端用戶偶然接觸LED的需要。當(dāng)白熾燈玻璃外殼很容易被損壞時(shí)，一個(gè)E27型號(hào)的普通燈泡可被替換成為L(zhǎng)ED燈。此外，在工業(yè)區(qū)或者是辦公設(shè)備應(yīng)用中的燈具并不需要接觸到終端用戶，如路燈和商場(chǎng)照明，這時(shí)的LED燈也確實(shí)需要隔離變壓器。
朱保賚表示，作為一個(gè)讓最終用戶能安全使用的產(chǎn)品，一定會(huì)考慮絕緣與隔離的可靠性。作為完整的產(chǎn)品，產(chǎn)品表面使用者能接觸到的部分一定要經(jīng)過隔離，不能讓人觸電。而從產(chǎn)品整個(gè)系統(tǒng)而言，隔離是不可避免的，區(qū)別只是設(shè)置隔離的位置不同。有些設(shè)計(jì)者采用隔離的變壓器設(shè)計(jì)，因此他們可以簡(jiǎn)化散熱和燈罩的設(shè)計(jì)。如果用非隔離的驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)，在燈殼等結(jié)構(gòu)上就必須考慮可靠的絕緣要求。因此作為電源驅(qū)動(dòng)，隔離與非隔離的方案一直都同時(shí)存在。
iWatt已經(jīng)推出的iW3610iW3612系列IC，就已經(jīng)將傳統(tǒng)的兩級(jí)控制(PFC+PWM)整合在一個(gè)SO8的封裝內(nèi)，既能提供恒流控制，也能兼容切相式調(diào)光器，還能改善功率因素。朱保賚說，這種設(shè)計(jì)符合LED市場(chǎng)的主流要求。
本土制造商面臨成本壓力
如今，有大量的小型公司紛紛進(jìn)軍LED照明業(yè)務(wù)，市場(chǎng)價(jià)格因競(jìng)爭(zhēng)而不斷下滑。如何在激烈的競(jìng)爭(zhēng)下，保證設(shè)計(jì)的可靠性和品質(zhì)，而不僅僅提供最低成本解決方案，成為眾多本土OEM需要面臨的挑戰(zhàn)。
“在LED等產(chǎn)業(yè)鏈中的每個(gè)人都要面臨的挑戰(zhàn)是每月減少燈的整體成本?！盌iodesLED照明業(yè)務(wù)部門總經(jīng)理AllanLin表示，低成本BOM解決方案也擁有嚴(yán)格的LED電源功率因子和效率規(guī)格。
中國LED驅(qū)動(dòng)電源制造商們可能面對(duì)的主要挑戰(zhàn)是找到低成本的AC/DC驅(qū)動(dòng)器，從而滿足在低成本電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)更嚴(yán)格的功率因子和效率表現(xiàn)。
未來，在空間受限且存在散熱困難的系統(tǒng)(比如LED燈具)中使用高質(zhì)量、高可靠性的電源，將不再免費(fèi)。然而，在最終用戶使用過許多某款壽命在10,000小時(shí)左右的燈泡之前，要想證明其質(zhì)量高是相當(dāng)困難的事情。 [!--empirenews.page--]
PowerIntegrations市場(chǎng)營(yíng)銷副總裁DougBailey表示，如果借助在生產(chǎn)適用于嚴(yán)苛環(huán)境(比如家用電器和電表)的高質(zhì)量電源產(chǎn)品方面享有盛譽(yù)的驅(qū)動(dòng)控制器公司，事情就會(huì)簡(jiǎn)單很多。
LED是一個(gè)全新的照明體系，LED驅(qū)動(dòng)需要和LED及其模組協(xié)調(diào)系統(tǒng)工作?！癓ED驅(qū)動(dòng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的電源問題。它不僅要滿足LEDPN結(jié)負(fù)載要求，也要系統(tǒng)考慮LED模組光、電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”，邢先鋒指出，“目前LED驅(qū)動(dòng)制造商幾乎全是傳統(tǒng)電源廠商，缺乏系統(tǒng)方案、全方位考量?！?
來自IR的PeterB.Green則指出了產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的問題。為了在美國和歐洲市場(chǎng)銷售LED驅(qū)動(dòng)器，中國原始設(shè)備制造商們必須制造出設(shè)計(jì)精良的高可靠性產(chǎn)品，并且完全滿足UL和“能源之星計(jì)劃”的要求。產(chǎn)品的使用壽命是至關(guān)重要的，因此，采用高質(zhì)量的元器件和生產(chǎn)質(zhì)量控制是至關(guān)重要的。同時(shí)，在保證高性能和可靠性的前提下，必須盡可能地降低成本。
延伸閱讀：基于變壓器的隔離型LED驅(qū)動(dòng)電源將是主流
隔離和非隔離LED驅(qū)動(dòng)電源方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。我們認(rèn)為，ClassII將是主流，因?yàn)樗?jiǎn)化了LED散熱問題。ClassI或II系統(tǒng)依賴接地系統(tǒng)，在大多數(shù)情況下，跟安裝地點(diǎn)很有關(guān)系。ClassII較常見，它要求雙級(jí)或加強(qiáng)型隔離，也即需要變壓器磁性繞組、絕緣帶和物理隔絕。ClassI系統(tǒng)要求一個(gè)接地外殼和(或)機(jī)械障礙，而這時(shí)ClassII系統(tǒng)不需要的。
目前有好幾個(gè)趨勢(shì)正在推動(dòng)LED照明市場(chǎng)的發(fā)展。首先是高亮度LED效率的不斷改善和非常高效率的高可靠性恒流LED驅(qū)動(dòng)電源的不斷涌現(xiàn)，其次是全球立法禁止白熾燈照明(由于其低效率)和CFL節(jié)能燈的逐步淡出(如果打破的話，它會(huì)流出對(duì)環(huán)境有害的水銀)。這些因素綜合起來正使得LED照明成為一個(gè)長(zhǎng)期的發(fā)展趨勢(shì)。當(dāng)然，低系統(tǒng)成本(包括LED、熱管理系統(tǒng)和LED驅(qū)動(dòng)器)永遠(yuǎn)是消費(fèi)者廣泛采用LED通用照明的推動(dòng)力。
中國LED驅(qū)動(dòng)電源制造商面臨的主要挑戰(zhàn)是遵守政府和行業(yè)能源標(biāo)準(zhǔn)，如效率、功率因子和與TRIAC調(diào)光器的兼容。與行業(yè)能源標(biāo)準(zhǔn)同樣重要的是質(zhì)量和長(zhǎng)期的可靠性，它們都是關(guān)鍵的成功要素，因?yàn)榕c傳統(tǒng)的照明解決方案相比，LED照明的宣傳重點(diǎn)是更長(zhǎng)的生命周期。這一優(yōu)勢(shì)只有當(dāng)照明系統(tǒng)作為一個(gè)整體實(shí)現(xiàn)了長(zhǎng)期的可靠性才能做到，但情況并不完全是這樣。事實(shí)上，在很多LED照明產(chǎn)品中，失效是一個(gè)常見現(xiàn)象，大多數(shù)是因?yàn)殡娫吹氖?，而不是LED的失效。
在設(shè)計(jì)層面上，這意味著OEM必須變成系統(tǒng)熱設(shè)計(jì)的專家。LED提供高效率，但它們也比白熾燈或節(jié)能燈產(chǎn)生更多的傳導(dǎo)熱量。由于許多LED照明應(yīng)用封閉在一個(gè)很小的空間里，很難用通風(fēng)的辦法來散熱。如果沒有仔細(xì)的熱設(shè)計(jì)，LED和電源驅(qū)動(dòng)電路很容易因?yàn)楦邷囟嘶蛴谰檬А?/P>
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