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LED通用照明发展阶段分析

尽管LED前景现在被炒得火热,但相关数据却显示,在以电灯泡和荧光灯管替代、嵌灯、街灯及停车灯、工作照明灯(台灯、橱柜内照明)等为主的通用照明市场中,LED照明应用比例仍不足1%.以室外LED路灯照明为例,当前大多仅作为政府示范工程,真正的商用普及似乎仍需假以时日。

安森美半导体(OnSemi)香港及中国高级应用经理郑宗前认为,LED路灯之所以能够作为示范工程,当然首先取决于其发光效率高,灯具反射损失低,不需要高压,无汞,安全性更高等特点;其次,相比普通照明,LED灯具更易于加入数字或模拟调光功能,便于实现远程控制,而且在多雾、雨天等特殊情况下可以提供超高亮度及显色性的照明。此外,在铺设成本、耗电成本以及寿命方面,LED路灯均大幅优于高压钠灯。

但同时,其造价相对较高、电源可靠性不强、以及射程短,不利于在较高高度下工作等问题仍是阻碍LED路灯迅速发展的重要因素。另一方面,政府如果能及时出台LED道路照明标准,那么也将是普及推广LED路灯非常有力的手段。

飞兆半导体(Fairchild)PLM照明技术市场推广高级经理李应佑表示,采用LED路灯照明是政府能效工程的一部分,升级不仅包括替换灯泡,还包括使用长寿命的整流器等。“升级的首个步骤是在新开发的区域安装LED路灯,然后再逐步替代现有的旧式路灯照明。预计在未来五年,现今的大部分路灯将会被LED照明所替代。”

ADI华中地区销售经理张靖则认为,相比室外照明,LED室内照明更是处在起步阶段,目前性价比不高,这一方面是因为流明成本太高,另一方面也是因为LED室内照明的产品种类太少,照明设计人员苦于无从选取,而给室内照明产品的推广设定了障碍。他给出的建议是,LED室内照明产品的开发和推广应注重产品家族化、整合化、智慧化和人性化,提高发光效率与光通量利用率,最大限度地降低整体综合照明成本。

挑战关键词:“热”、“驱动”和“成本”

美信(Maxim)业务经理PieroBianco认为,“外形尺寸”和“电气兼容”是LED灯能否获得成功普及的关键因素。“道理很简单,换代灯必须能够安装到前期灯源的框架内,当然,还必须能够在现有的电气架构上正常工作,确保不会发生灯光闪烁。”

他进一步解释说,现有框架对换代灯提出了物理限制(即驱动板必须足够小)和热限制要求。这些因素制约了设计人员更换照明方案的条件(例如PAR、R和A型规格),尺寸越小的应用所面临的困难越大,例如MR16和GU10.而相比尺寸因素,热限制往往更加关键,因为与其它技术不同,LED只发射可见光,并不产生红外波辐射能量。因此,LED比白炽灯或卤素灯的能效更高,绝大多数热量通过灯内导体耗散。

“考虑到散热是制约灯管光强的关键因素,而目前在照明换代产品中使用的LED技术又很难达到主流市场所能接受的亮度水平。因此为了突破亮度限制,就必须要解决散热问题,这也是产品成功地走向商业化必不可少的条件。”Piero强调说。

散热影响的不仅是光强,还将直接影响到驱动板的使用寿命。Piero表示,为了发出更高光强,照明灯必须工作在相当高的温度下(+80℃至+100℃)。而这种温度下,驱动板的寿命会限制整个照明灯的性能,特别是电解电容成为设计面临的一个棘手问题。因为电解电容在高温下会很快干燥,导致其工作寿命不会超过数千小时,这也成为制约整个照明灯使用寿命的因素。

凌力尔特(Linear)公司电源产品产品市场总监TonyArmstrong则分析说,LED驱动器电路的选择在很大程度上取决于输入电压范围、LED串本身的累积电压降、以及足以驱动LED所需的电流,这导致了多种不同的可行LED驱动器拓扑结构。“但无论哪种拓扑结构,优化过的LED驱动对于LED产品的可靠性和寿命来说非常重要。”

而在郑宗前看来,除了目前LED的光品质与传统照明相比仍有差距外,另一个不容忽视的问题是,由于LED照明关系到电、光、热、机械等方面的复杂设计,目前缺乏统一设计标准,直接导致现在市场上的LED照明产品质量参差不齐,这也是其中一个短期内较难被大众接受的原因。

除了文中提到的困难和挑战,成本压力当然也无法回避。对此,郑宗前和李应佑两人均表示:“相比传统照明使用的CFL灯或白炽灯,目前LED灯的价格仍然昂贵,也在很大程度上阻碍了LED照明的发展。高可靠性在成为LED照明关键因素的同时,也加重了系统成本压力。”

LED照明解决方案

Piero着重介绍了Maxim针对120VAC/230VAC输入和12VAC输入照明灯推出的LED驱动方案。据悉,该类方案采用单级转换,通过对输入电流整形,可以使照明灯在调光状态下也不会发生闪烁,并同时兼容于双向三端可控硅和后沿调光器及电子变压器设计。另一方面,由于无需电解电容,不但有助于缩小方案尺寸,使驱动板能够安装到小尺寸换代灯框架内,还能够使LED灯的寿命从通常的低于10,000小时延长到90,000小时。

李应佑则建议根据应用的功率额定值,选择四种拓扑解决方案:

*由于小PCB面积和低BOM成本是使用球型嵌入灯泡的重要因素,因此PSR反激解决方案主要面向低功率应用(《15W)。其独特的卖点是飞兆专有的TRUECURRENT技术,可将CC/CV变化减小至+-5%,且无需次级端反馈电路并可选择内置MOSFET器件,能够减小PCB尺寸。

*带有CRMPFC控制器的单级PFC反激解决方案则主要针对中等范围功率应用(《40W),据称能够支持高效率、高功率因素、低THD和低材料清单成本。

*在面向高功率应用(40W~)时,用于《100W应用的PFC+反激解决方案、以及用于》100W应用的PFC+LLC半桥解决方案都是不错的选择。且后者由于采用零电压开关(ZVS)技术,可将效率提高至90%以上。

安森美也同样拥有适用于不同功率AC-DC供电的LED通用照明方案。以其NCL3000为例,这是一款单段式功率因数校正TRIAC可调光LED驱动器,用于8W-25W功率的住宅及商业AC-DC供电LED照明应用,使用CrM反激架构,以单段式拓扑结构提供大于0.95的高功率因数,因而省却了DC-DC转换段。此外,单段式PFCLED驱动器NCL30001、CrMPFC+QRPWM驱动器NCP1607+NCP1377,以及CrMPFC+LLCPWM驱动器NCP1607+NCP1397或NCP1392/3则主要面向功率》50W的街道照明及大功率区域照明应用,典型能效可超过92%.

ADI则将重点放在AD转换器上,其多种12-16位ADC均适合在LED路灯和室内照明中应用。例如:AD7457、AD7466、以及实现CDC(电容到数字转换)功能的AD7153、AD7745,可实现LED的自动开关,达到节电功能。

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