- LED照明秘籍 抓住“三個關鍵”
- 掌握LED照明燈具散熱
- 抓住LED驅動電源
- 掌握LED光源
想做好一個LED照明產品最關鍵的幾個部分不能不知，就是散熱、驅動電源、光源，在此同時，散熱顯得尤為重要，散熱效果直接影響到照明產品的壽命質量，而驅動電源本身的壽命及輸出電流、電壓的穩(wěn)定性對產品的整體壽命質量也有很大影響，光源是整個產品的核心部分。下面對散熱、驅動電源、光源進行解析說明。
一，散熱
LED照明燈具散熱的問題解答
對目前常見的白熾燈泡或是熒光燈來說，即便產品本身運行可能產生熱能，但組件的高熱仍可以被有效隔離，使光源與電源接座不會因熱而產生意外的問題。但固態(tài)照明就不同，一來LED組件集中單點的運行高溫，必須采取更多積極手段進行散熱處理，同時搭配主動有效的熱處理機制，才能避免燈具發(fā)生問題。LED固態(tài)光源熱處理問題較傳統(tǒng)燈具復雜得多。
傳統(tǒng)光源或燈具多有運行過程產生高熱的問題，例如鹵素燈泡或白熾燈泡，若是白熾燈形式，即在特殊處理的燈球內加熱鎢絲產生光亮。
實際上，高溫產生在燈絲上而非燈座，即便燈座會因燈球玻璃或是金屬受鎢絲發(fā)光的輻射熱、熱傳導間接產生高溫，但產生的溫度都在可接受的安全范圍，再加上非直接接觸傳導，安全性也相對較高。
但換成LED固態(tài)光源形式的燈具，其熱處理便可能成為新的應用安全問題。多數(shù)人會認為LED具高能源轉換效率、低驅動能源優(yōu)勢，自然使用安全性較高，但實際上LED固態(tài)光源為了達到日常照明的應用目的，必須透過加大單組組件的功率去強化單元件的輸出流明，例如燈具廠會采取多LED組件整合形式加強輸出效果，且多組件同時運行也能改善LED固態(tài)光源光型偏向點光源的問題，讓LED固態(tài)光源技術的燈具可產生如燈泡般的面光源效果。
如果要強化單元件的輸出流明，必須更高的電流，以使LED芯片的PN接面產生更多流明，但更高電流也會讓單點LED組件的溫度升高、更難處理，甚至為了提高燈具的光型表現(xiàn)、發(fā)光效率而采取多組件并用形式，也會使LED燈具的高溫問題加劇，讓散熱問題更難處理。
綜觀目前LED燈具市場的發(fā)展趨勢，多數(shù)LED光源的廠商大多會先以市場為主導，因為高單價、高利潤，也可以借由技術差異迅速打入發(fā)展技術較前衛(wèi)的LED光源市場，例如，針對室內裝潢、情境燈具應用的嵌燈、壁燈、吸頂燈就成為LED光源燈具較常見的設計形式，其替換傳統(tǒng)燈具后的省電效益亦最受相關業(yè)者關注。
LED光源燈具必須重點處理的熱管理設計，在可能于密閉或半密死循使用的嵌燈、壁燈、吸頂燈產品，形成更嚴苛的挑戰(zhàn)，燈具開發(fā)商必須從材料、產品構型、主/被動散熱機制、驅動芯片設計等方面投入更多資源，以避免產品的問題肇生。特別是LED嵌入式燈具體積小，且常采多組件整合，模塊的散熱設計難度較高。嵌入式燈具外殼采鋁擠型或散熱片設計，可發(fā)揮自體散熱作用。但這還遠遠不夠。
LED熱管理：NTC持續(xù)運行溫度維持LED燈使用安全
若LED燈具沒有搭配足夠的熱管理設計，在使用過程中可能會導致燈具因為經(jīng)常性高熱運行造成壽命銳減，產生必須頻繁更換故障LED燈具的困擾，嚴重者甚至可能釀成意外，因運行高溫造成線或是周邊裝潢著火燃燒！
在產品開發(fā)階段，可運用智能型LED燈光控制技術，透過主動式的監(jiān)看LED燈具與整體光源模塊的溫度表現(xiàn)，簡化裝置的熱管理工作，同時當燈具與周遭溫度上升至區(qū)段時，燈具必須降低電功率、減少LED亮度輸出，以此提升LED固態(tài)光源燈具的使用安全性。
像LED吸頂燈外殼考慮較簡單的設計形式，若燈具本身所使用的驅動器功能較聚焦于電源轉換與LED組件驅動，并未內嵌溫控微處理器與散熱處理模塊，為避免增加產品原料件的成本，LED燈具可整合NTC(NegativeTemperatureCoeffient)負溫度系數(shù)ThermistorSensors電，是成本效益相對較高的安全設計方案。
所謂NTC電，其設置目的是藉由透過電子回去監(jiān)看LED的模塊燈具溫度，透過默認溫度警示或是對應自動處理驅動狀況，采關閉LED固態(tài)光源模塊方式，來提升LED燈具的使用安全，同時NTC電也能降低設計的復雜度。
由于NTC電的溫度系數(shù)非常大，因此可以偵測得知微小的溫度變化表現(xiàn)，被廣泛應用于需量測、控制與補償溫度的相關電設計中，而NTC電在LED光源模塊設計中，基本上為量測LED固態(tài)光源燈具的產品周邊溫度變化，至于量測狀況會隨著NTC改變的電壓現(xiàn)況，直接測得電壓和NTC電的溫度對應關系。
當NTC和周邊電或整個模塊溫度提升時，NTC電的電阻隨即降低，產品可依此相依關系進行相關安全控制機制反饋，例如減少LED發(fā)光組件的驅動電流或是直接強制關閉燈具照明，在燈具溫度問題改善后自動回復照明狀態(tài)，藉此獲得燈具使用的安全性。
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二，驅動電源
LED驅動電源也是一個配套產品，目前市場上的電源品質參差不齊，下面提供一些LED驅動電源的相關知識。
1、什么是LED驅動電源
LED驅動電源把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動LED發(fā)光的電壓轉換器，通常情況下：LED驅動電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。而LED驅動電源的輸出則大多數(shù)為可隨LED正向壓降值變化而改變電壓的恒定電流源。LED電源核心元件包括開關控制器、電感器、開關元器件（MOSfet）、反饋電阻、輸入濾波器件、輸出濾波器件等等。根據(jù)不同場合要求、還要有輸入過壓保護電路、輸入欠壓保護電路，LED開路保護、過流保護等電路。
2、LED驅動電源的特點
（1）高可靠性
特別像LED路燈的驅動電源，裝在高空，維修不方便，維修的花費也大。
（2） 高效率
LED是節(jié)能產品，驅動電源的效率要高。對于電源安裝在燈具內的結散熱非常重要。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。對延緩LED的光衰有利。
（3）高功率因素
功率因素是電網(wǎng)對負載的要求。一般70瓦以下的用電器，沒有強制性指標。雖然功率不大的單個用電器功率因素低一點對電網(wǎng)的影響不大，但晚上使用照明量大，同類負載太集中，會對電網(wǎng)產生較嚴重的污染。對于30瓦~40瓦的LED驅動電源，據(jù)說不久的將來，也許會對功率因素方面有一定的指標要求。
（4）驅動方式
現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個恒壓源供多個恒流源，每個恒流源單獨給每路LED供電。這種方式，組合靈活，一路LED故障，不影響其他LED的工作，但成本會略高一點。另一種是直接恒流供電也就是“中科慧寶“改采用的驅動方式，LED串聯(lián)或并聯(lián)運行。它的優(yōu)點是成本低一點，但靈活性差，還要解決某個LED故障，不影響其他LED運行的問題。這兩種形式，在一段時間內并存。多路恒流輸出供電方式，在成本和性能方面會較好。也許是以后的主流方向。
（5）浪涌保護
LED抗浪涌的能力是比較差的，特別是抗反向電壓能力。加強這方面的保護也很重要。有些LED燈裝在戶外，如LED路燈。由于電網(wǎng)負載的啟甩和雷擊的感應，從電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌，有些浪涌會導致LED的損壞。因此分析“中科慧寶“的驅動電源在浪涌保護方面應該有一定的欠缺，而至于電源及燈具頻繁更換，LED驅動電源要有抑制浪涌的侵入，保護LED不被損壞的能力。
（6）保護功能
電源除了常規(guī)的保護功能外，最好在恒流輸出中增加LED溫度負反饋，防止LED溫度過高；要符合安規(guī)和電磁兼容的要求。
3、按驅動方式分類
（1）恒流式
恒流驅動電路輸出的電流是恒定的，而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化，負載阻值小，輸出電壓就低，負載阻值越大，輸出電壓也就越高；
恒流電路不怕負載短路，但嚴禁負載完全開路；
恒流驅動電路驅動LED是較為理想的，但相對而言價格較高；
應注意所使用最大承受電流及電壓值，它限制了LED的使用數(shù)量。
（2）穩(wěn)壓式
當穩(wěn)壓電路中的各項參數(shù)確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化；
穩(wěn)壓電路不怕負載開路，但嚴禁負載完全短路；
以穩(wěn)壓驅動電路驅動LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均；
亮度會受整流而來的電壓變化影響。
4、整體恒流和逐路恒流工作方式優(yōu)缺點
與整體恒流相較，逐路恒流雖然缺點比較多，成本也比較高。但是它能真正的起到保護LED和延長LED的壽命，所以逐路恒流才是未來的趨勢。
5、LED電源的不足
LED驅動電源目前存在不足的原因：
生產LED照明及相關產品的公司的技術人員對開關電源的了解不夠，做出的電源是可以正常工作，但一些關鍵性的評估及電磁兼容的考慮不夠，還是有一定得隱患；
大部分LED電源生產企業(yè)都是從普通的開關電源轉型過來做LED電源，對LED的特點及使用認識還不夠；
目前關于LED的標準幾乎沒有，大部分都是參考開關電源和電子整流器的標準；
現(xiàn)在大部分LED電源沒有統(tǒng)一，所以量大部分都比較小。采購量小，價格就偏高，而且元器件供應商也不太配合；
LED電源的穩(wěn)定性：寬電壓輸入，高溫和低溫工作，過溫、過壓保護等問題都沒有一一解決；
首先是驅動電路整體壽命，尤其是關鍵器件如：電容在高溫下的壽命直接影響到電源的壽命；
是LED驅動器應挑戰(zhàn)更高的轉換效率，尤其是在驅動大功率LED時更是如此，因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散，電源轉換效率的過低，影響了LED節(jié)能效果的發(fā)揮；
目前在功率較小（1-5W）的應用場合，恒流驅動電源成本所占的比重已經(jīng)接近1/3，已經(jīng)接近了光源的成本，一定程度上影響了市場推廣。
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三，LED光源
LED光源要進入照明領域，性能的優(yōu)劣只是前提，成本的高低才是真正的決定因素。在半導體照明發(fā)展的初期，著力于追求性能是必須的;在半導體照明發(fā)展到一定階段，我們應將注意力轉移到如何在保證性能的前提下大幅度降低成本。因為我們要做的不只是小資們欣賞的藝術品，而是普通大眾都能接受的大宗商品。成品的高低決定著LED作為光源對照明領域滲透率的高低。
商品成本的降低，一般有以下途徑：
材料降成本——在原有產品方案上壓供應商的材料價、降低材料等級或選用替代材料，最直接有效，但幅度有限，且存在一定的品質風險;
技術降成本——采用新的技術路線，改變原有產品方案，減少用料和制造環(huán)節(jié)，幅度客觀;
效率降成本——有賴于技術、設備和管理的進步。
要降低LED光源的成本，以上途徑都要考慮，但首要考慮的是如何因應半導體照明的特點，打破傳統(tǒng)封裝觀念的約束，以新的技術方案來降低LED的封裝成本。
對傳統(tǒng)照明而言，一般都是采用“光源+燈具”的模式，光源的制造相對獨立于燈具。由于LED光源具有體積小、發(fā)強光和易于控制等的特點，故在應用中一般可根據(jù)照明效果的要求做出靈活的變化和選擇。對于半導體照明而言，LED光源與燈具的制造沒有明顯的界限，LED光源成本的降低應與照明系統(tǒng)的要求整體考慮。因此，LED光源的封裝方案應根據(jù)照明系統(tǒng)的驅動電路、熱量管理、光學設計和結構設計等要求而做出，目的就是發(fā)展新型的LED光源封裝形式，在保證整體性能的前提下大幅度降低封裝和應用成本。
1、芯片集成COB光源模塊個性化封裝可能成為半導體照明未來主流封裝形式
LED有分立和集成兩種封裝形式。LED分立器件屬于傳統(tǒng)封裝，廣泛應用于各個相關的領域，經(jīng)過四十多年的發(fā)展，已形成了一系列的主流產品形式。芯片集成COB模塊目前屬于個性化封裝，主要為一些個案性的應用產品而設計和生產，尚未形成主流產品形式。
傳統(tǒng)的LED燈具做法是：LED分源分立器件→MCPCB光源模組→LED燈具，主要是由于沒有現(xiàn)成合適的核心光源組件而采取的做法，不但耗工費時，而且成本較高。實際上，我們可以將“LED光源分立器件→MCPCB光源模組”合二為一，直接將LED芯片集成在MCPCB(或其它基板)上做成COB光源模塊，走“COB光源模塊→LED燈具”的路線，不但省工省時，而且可以節(jié)省器件封裝的成本。
與分立LED器件相比，COB光源模塊在照明應用中可以節(jié)省LED的一次封裝成本、光引擎模組制作成本和二次配光成本。在相同功能的照明燈具系統(tǒng)中，實際測算可以降低30%左右的光源成本，這對于半導體照明的應用推廣有著十分重大的意義。在性能上，通過合理的設計和微透鏡模造，COB光源模塊可以有效地避免分立光源器件組合存在的點光、眩光等弊端;還可以通過加入適當?shù)募t色芯片組合，在不明顯降低光源效率和壽命的前提下，有效地提高光源的顯色性(目前已經(jīng)可以做到90以上)。在應用上，COB光源模塊可以使照明燈具廠的安裝生產更簡單和方便，有效地降低了應用成本。在生產上，現(xiàn)有的工藝技術和設備完全可以支持高良品率的
COB光源模塊的大規(guī)模制造。隨著LED照明市場的拓展，燈具需求量在快速增長，我們完全可以根據(jù)不同燈具應用的需求，逐步形成系列COB光源模塊主流產品，以便大規(guī)模生產。
2、小型化貼片式LED也將是LED光源的另外一大主流產品
除了芯片集成的COB光源模塊有可能成為未來的半導體照明的主流封裝形式外，高性能、低成本、方便于大規(guī)模生產制造和安裝應用的小型化貼片式LED也將是LED光源的另外一大主流產品。個人認為，未來半導體照明的主要表現(xiàn)形式為：
平面照明——辦公場所或背光照明;
帶狀照明——裝飾照明;
燈具照明——替代傳統(tǒng)照明。
在平面照明產品中，芯片集成的COB光源模塊和貼片式LED的應用將并存;在帶狀照明產品中，貼片式LED將獨領風騷;在燈具照明產品中，芯片集成的COB光源模塊的應用將成為主流。
總之，走向照明的LED光源將形成兩大主流形態(tài)——功能化的芯片集成COB光源模塊額小型化 LED器件，低成本將是永恒的主題。誰能率先打破傳統(tǒng)封裝的約束，開發(fā)出符合半導體照明需求的LED光源，誰就能占得產品的先機;誰能夠在保證性能的前提下將成本做到極致，誰就能把握未來LED光源的市場。
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