LED路燈兩大商用化挑戰(zhàn):散熱和驅(qū)動源可靠性
摘要: 現(xiàn)在整個LED行業(yè)正在以極高速度向前發(fā)展,光效即將達到130流明/W,品種也越來越多,LED路燈應(yīng)用的功率要求已經(jīng)高達180W以上,而且交流供電也日趨成熟。
現(xiàn)在整個LED行業(yè)正在以極高速度向前發(fā)展,光效即將達到130流明/W,品種也越來越多,LED路燈應(yīng)用的功率要求已經(jīng)高達180W以上,而且交流供電也日趨成熟。新的情況下對LED恒流驅(qū)動源也提出了各種各樣的要求:除了要滿足各種輸入輸出電流電壓的要求外,更重要是要提高其智能性和可靠性。例如智能調(diào)光將會成為必不可少的功能。LED燈具的散熱問題的解決后,下一個影響LED燈具壽命的主要因素就是驅(qū)動源的可靠性問題。只有真正解決了其可靠性,LED路燈才能夠真正替代現(xiàn)有的高壓鈉燈。電子系統(tǒng)設(shè)計網(wǎng)站本期專題討論欄目,特別邀請到上海龍茂微電子有限公司總經(jīng)理茅于海來在線為網(wǎng)友解決當前碰到的技術(shù)難題。下面是部分精彩的技術(shù)問答內(nèi)容,更完整的討論內(nèi)容請訪問《電子系統(tǒng)設(shè)計》網(wǎng)站論壇。
阿拉丁照明網(wǎng):LED抗浪涌的能力比較差,特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護很重要。由于電網(wǎng)負載的啟甩和雷擊的感應(yīng),從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌,有些浪涌會導(dǎo)致LED路燈的損壞。LED驅(qū)動電源如何抑制這些浪涌?
專家回復(fù):LED路燈有兩種,一種是太陽能或風光互補供電,還有一種是市電供電。對于前者來說,基本上不存在有浪涌問題,除非雷直接打到燈桿上,那就玉石俱焚,沒有任何東西可以保護,但是這種概率非常之低,完全可以不用考慮。而對于后者來說,的確存在浪涌問題。這其中又可以分為兩種情況,采用非隔離型電源,或者隔離型電源。對于前者來說,浪涌有可能直接加到LED上,而引起LED的損壞。但對于隔離型的電源,因為中間有隔離變壓器,浪涌的影響就可以減小很多。而且,通常在電源的輸入端都加上壓敏電阻加以保護,也可以減小很多損壞LED的機會。
阿拉丁照明網(wǎng):LED光源存在哪些缺點,有哪些技術(shù)問題?急需解決的問題或攻破的難關(guān)是什么?
專家回復(fù):目前,LED作為新型電光源來說,最大的問題有如下幾個:
1.發(fā)光效率低。其實LED發(fā)光效率比現(xiàn)有的很多電光源(例如白熾燈)的效率都高,但為什么還要把這個問題作為一個缺點提出來呢?這是因為其它的電光源,作為無效耗電的部分大多以熱輻射的形式發(fā)出來,而且發(fā)光材料本身就是可以耐高溫的(例如鎢絲),所以不存在散熱問題。而LED本身的發(fā)光效率目前只有30%左右,其它的都以熱能形式存在芯片內(nèi)部需要傳導(dǎo)出來。如果不能傳導(dǎo)出來,就會導(dǎo)致芯片的結(jié)溫升高,而使其光衰加大,壽命縮短。當然隨著LED技術(shù)的進步,發(fā)光效率的逐步提高,這個問題將不成為問題。但是,至少目前來說,散熱是一個必須很好解決的一個大問題。
2.價格高。作為老百姓能夠接受的價格來說,LED離開可大面積普及的距離還很遠。目前和同樣發(fā)光效率的節(jié)能燈來比,價錢大約高3-5倍。降低價格的關(guān)鍵除了長遠來提高其發(fā)光效率以外,目前的關(guān)鍵是要國內(nèi)的公司掌握核心技術(shù)。目前國內(nèi)的大多數(shù)生產(chǎn)LED的廠家都是采用國外進口的芯片進行封裝。少數(shù)能夠生產(chǎn)芯片的廠商,往往發(fā)光效率不高,導(dǎo)熱差,光衰嚴重。所以如何掌握高性能的LED芯片,掌握高質(zhì)量的芯片封裝,也是改善其導(dǎo)熱。
阿拉丁照明網(wǎng):不同的LED驅(qū)動IC該怎么選擇?
專家回復(fù):這個問題說來話長,而且不是三言兩語能夠說清楚的,只能簡單說一下。1.首先按照你的LED燈具的功率來選擇,不同的IC有不同的輸出功率范圍。2.即使同樣的功率,可以是不同的電壓和電流的乘積,所以還要根據(jù)你的LED的具體連接方法來定,例如串聯(lián)的LED很多,就要求能夠輸出高電壓的;LED的電流很大,就要求能夠輸出大電流的。但是有時候LED的連接方式也要考慮到驅(qū)動IC的可能來進行調(diào)整。3.要根據(jù)輸入電壓和輸出電壓的關(guān)系來選擇是升壓型的還是降壓型的IC,不過有的IC采用不同的外圍電路,既可以做成升壓型的也可以做成降壓型的。PAM2842就是這樣。4.假如輸入是交流電,那么就要選用專門為交流電而設(shè)計的IC。這里又分成兩種,一種是非隔離型的降壓型。其典型的代表就是HV9910,它可以對多達40個以上串聯(lián)的一瓦LED供電。另一種則是隔離型的。這時候通常需要采用反激式的電路,所用的IC又有很多。就不再多說了。
阿拉丁照明網(wǎng):目前LED照明進入家用市場的最大障礙是什么?
專家回復(fù):目前因為LED的價格過高,所以還很難推廣到家用。即使不考慮這個問題,那么的確還有很多家庭環(huán)境和使用人的要求是和商用不同之處。但首先要考慮的不是散熱問題,如果是指LED芯片的散熱,那是會影響到光衰的,當然是應(yīng)當早就已經(jīng)解決的問題(不應(yīng)當作為家用和商用的區(qū)別),假如是整個燈具的散熱,那么應(yīng)該說LED燈具比白熾燈發(fā)光效率高很多,在同樣的照度下所需要的瓦數(shù)小很多,所以發(fā)出的熱量也小很多。即使和節(jié)能燈比,發(fā)光效率應(yīng)該說是差不多,但是節(jié)能燈光線的散發(fā)比較差,所以燈具的總效率還是要比LED差。所以LED的發(fā)熱問題不會比節(jié)能燈高。
阿拉丁照明網(wǎng):應(yīng)該從哪幾個方面為突破口來降低LED燈具的成本?
專家回復(fù):LED燈泡由三部分構(gòu)成,一是LED,二是外殼,主要是散熱器,三是驅(qū)動電源。為了降低LED燈泡的成本,關(guān)鍵是要降低LED本身或者說LED芯片和封裝的成本。因為這部分占50-70%以上。而且,發(fā)光效率也就是它的亮度都是由LED本身決定。而這部分的價格幾乎完全掌握在國外的幾家大公司手里,例如日本的日亞、美國的科瑞(Cree)等,中國的LED企業(yè)大部分只是進口國外的芯片,自己只是封裝而已。少數(shù)幾家可以自己開發(fā)芯片的公司,在質(zhì)量上(發(fā)光效率和光衰)都還不如外國公司。不過即使是外國公司也是在不斷地降低成本。根據(jù)過去的歷史數(shù)據(jù),Haitz總結(jié)出一個所謂的Haitz定律,這個定律說,LED每十年其性能提高20倍,成本降低10倍。這里指的性能主要是其發(fā)光效率,發(fā)光效率提高以后,因為同樣的亮度,所需要的電功率就低,散熱器的體積也小,這些都能有助于降低成本。
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