幾年前,集LED光源板和LED電源合二為一的“光電引擎”誕生,開創了“光電引擎”工業化和自動化生產的新時代。這種引擎是將LED光源燈珠和驅動電源芯片集成設計在一塊基板(鋁或陶瓷)上,這種全新方案在生產時省去了變壓器、電感器和電解電容器,因此節省了昂貴的人工成本。
一、LED照明需要驅動電源
LED照明光源和燈具需要有驅動電源才能點亮和發光。光電引擎只是將LED燈珠和驅動電源集成設計在同一塊基板上,因此所謂“去電源化”其實是一個偽命題。眾所周知,LED是一個通電即發光的二極管,需要給它供給一個直流恒定電流才能無閃爍發光,所以還是需要直流恒流驅動電源的存在。目前的LED光源和燈具大多數是采用低壓LED(LVLED)技術,將N個LED燈珠多并少串,組成一個低電壓、大電流驅動的光源板,它的點亮需要一個獨立的驅動電源模組,通常是隔離或者非隔離的開關恒流驅動電源模組,往往將它們內置在LED光和燈具的狹小空間中。由于高壓LED模組(HVLEDs)技術和高壓線性恒流驅動芯片的興起,可以將LED燈珠組成多串少并的應用模式和采用無電解電容器、變壓器和電感器的直流驅動電源。HVLEDsil高電壓(45~280V)、小電流(10~60mA)光源板的應用方案,HVLEDs的最大優點是采用高壓LED(HVLED)的均布技術和有效降低LED光源的發熱溫度;高壓線性恒流驅動電源芯片的應用電路無需電解電容器、變壓器、電感器,這樣可以將高壓線性恒流電源設計在光源板上,組成光電引擎,將恒流驅動電源集成在LED光源板上。高壓線性恒流芯片、整流橋堆和高壓LED燈珠可以通過自動貼片機貼在同一塊板上,采機器自動化生產,可以大大節省人工、提高生產力。
用同一種光電引擎可以生產不同款式的LED球泡燈、筒燈、天花燈等光源。高壓線性恒流驅動電源目前的輸入電壓范圍較窄,只能適合定電壓輸入,它的脈動直流輸出還有寄生的工頻及其倍頻的殘余,需要在芯片設計上作進一步改進和技術提升。
光電引擎是LED照明燈技術未米發展方向之一,它因為去掉了LED光源和燈具中的獨立驅動電源模組,而大大節省了昂貴的人工和大大提高企業生產效率,進一步降低成本,隨著HVLED燈珠和高壓線性恒流芯片的設計、制造技術的提高和完善,LED照明產品將得到的廣泛應用和普及。
二、光電引擎“去電源化”引爆相關企業變革
光電引擎技術的興起和普及,首先將LED芯片封裝廠從生產單顆LED燈珠封裝導入生產LED光電引擎模組,LED芯片封裝廠必須進入N種產品多元化生產才能更有生機。其次,LED光源和燈具生產廠的設計和生產技術將更加簡單、快捷、有效,用光電引擎組裝一個LED球泡燈平均只需要10s時間。
任何新生事物的初期都不完善,需要有一個技術改進的過程,人們對新事物也需要一個認知的過程。在LED照明產品發展的歷程中必然會誕生一些尚未認知的新事物,如LED燈絲燈、LED光電引擎等,筆者非常看好技術創新的LED燈絲燈、LED光電引擎,任何新產品都會給企業家帶來新的市場和新的利潤增長空間,也將會給人類帶來新的體驗,享受科技進步的快樂!LED照明的一部分產品適合去掉獨立的驅動電源模組,特別是室內照明光源和燈具。但還有不少LED照明產品是不適宜去掉外置的、獨立的電源模組的,如某些戶外照明光源和燈具。
三、線性恒流驅動技術日趨完善
LED照明燈具的驅動點源追求高功率因素(Power Factor,PF)和低總諧波失真(Total Harmonic Distortion,THD)既是客戶的希望也是電力系統的要求。能源之星(Energy Star,是美國能源部和美國環保署共同推行的一項政府計劃,旨在更好地保護生存環境、節約能源)和國際電信委會(ICE)規定LED驅動芯片必須具備高功率因素校正(PFC)功能.以確保LED燈具的轉換效率和燈具壽命。
LED燈具電源引入高壓線性恒流驅動新一代電源技術,無電源的開關變換,因而也就無自身的開關頻率線余,紋波也將大大降低,應用電路無變壓器等磁性器件和電解電容器,線性電源的PF提高、THD下降。
高PF和低THD高壓線性恒流驅動芯片因其應用電路簡潔高效和應用成本低廉,將會成為室內平價LED光源和燈具驅動電源首選之一。
高壓線性恒流驅動芯片大多數是采用分段點亮的技術來驅動HVLED發光。目前分段的方法有1段、3段、4段、6段等。分段越多,電源工作效率越高,但HVLED控制線也會相應增加。如分成N段,控制線則N+1,分段過多電源效率提高并不明顯噸,但應用線路略略顯復雜,LED燈具設計師所不希望如此。比較適合光電一體化模塊應用的是1段、3段、4段的分段驅動,1段內置一個MOS的驅動,雖然電源效率較差,但能滿足蠟燭燈特小空問的需要;3段和4段驅動內置3-4個MOS是日前優選的恒流驅動方法,兼顧電源效率、PF和THD,應用方案比較簡潔,應用成本較低。內置MOS特別適合一體化光電模塊的應用,應用電路零件少,有利于LED的配光分布設計。
目前高壓線性恒流驅動電源輸入電壓范圍較窄,只能適合定壓輸入,它的脈動直流輸還有寄生工頻和倍頻殘余,導致其制成LED照明燈后還發生頻閃現象。這些問題造成業內對光引擎環境受限較多,應用范圍窄的誤解。高壓線性恒流驅動電源芯片是一種定電壓輸入的驅動電源芯片,最初對輸入電流的寬容度從±10%升至±20%,基本滿足不少使用地區電網波動的要求;面對頻閃問題,需要制定LED照明燈的頻閃評估共識,比如日光燈、筒燈使用時離開受眾均在50cm以上,那么在50cm以外沒有頻閃就認認定為合格產品。縱然如此,光電引擎還需要在電源芯片設計上作進一步和技術提升。
高壓線性驅動芯片經過幾代的改進設計,現在已經從最初的模擬電電路芯片走向數模混合電路芯片,并向數字電路芯片發展,因此高壓線性驅動芯片的性能日趨完;善,更加穩定。目前,數模混合的高階分段線性恒流驅動芯片已經量產。
另一方面,由于高導熱塑料散熱器、塑包鋁散熱器技術日趨完苔,性價比更好,鋁塑散熱器的成本比全金屬散熱器更低,絕緣性能更好,所以用光電引擎和塑包鋁散熱器組成的光源和燈具更加安全可靠。
四、光電引擎技術繼續創新
光電引擎技術發展依賴HVLEDs技術和高壓線性恒流驅動技術而發展,從幾年前采用“多芯封裝光電引擎”,發展到“環形HVCOB光電引擎”,再向“裸晶HVCOB光電引擎”發展,技術不斷創新,成本不斷降低,性價比更好。
隨著具備中國知識產權的“熒光晶體”材料的發明成功,“熒光晶體光電引擎”有望不久誕生。
“熒光晶體光電引擎”是將無背鍍藍光LED燈珠直接綁定在熒光晶體的基板上,設計成C型的HVLEDs串,高壓線性恒流驅動芯片和整流橋堆芯片也綁定在同一面上,由于熒光晶體接受藍光后能激發白光,因而可無須對藍光LED用熒光粉膠裹涂封裝。因此該光電引擎的熒光晶體背面在LED點亮時可發出白光。這是LED照明技術的創新發展。
五、光電引擎促使燈具換新貌
光電引擎技術日趨成熟促使LED燈具在設計上不斷推陳出新。由于采用HVLED技術、LED燈珠均布術、高壓線性恒流驅動技術和塑包鋁、高導熱塑料散熱器技術,新一代采用光電引擎的LED照明燈具身影更加矯健、質量輕、防水、抗鹽霧性能更好、無外置電源。
高導熱塑料散熱器、塑包鋁散熱器的技術日趨完善,性價比更好,鋁塑散熱器的成本比全金屬散熱器更低,絕緣性更好。用光電引擎和塑包鋁散熱器組成的光源和燈具更加安全可靠。
如室外照明燈具采用“光源+電源+光源”組合,內置雙光源的光電引擎,可以靈活的用于制造各種室外燈具,如LED路燈、LED隧道燈、LED投光燈等。
工礦燈的光電引擎采用多組“HVLED燈珠+高壓線性恒流驅動電源”并用設計方案,優化燈面的光學設計,均布技術使每個HVLED得到散熱空間,可以使得整燈設計優化,減輕結構質量,縮小結構體積和。采用光電引擎工礦燈優勢明顯,傳統方法設計的LED工礦燈則比較笨重。光電引擎已經廣泛應用在LED球泡燈、筒燈、天花燈燈光源,T8、T5燈管,工礦燈、路燈、隧道燈、投光燈等燈具。光電引擎正受到LED產業界歡迎。