室內(nèi)LED照明創(chuàng)新設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

摘要：傳統(tǒng)的低電壓、大電流設(shè)計(jì)的LED光源和燈具工作時(shí)太燙和太貴。本文提出了HVLEDs的高電壓、小電流理念，具有創(chuàng)新設(shè)計(jì)的LED燈絲燈和環(huán)形HVCOB光電引擎。本文網(wǎng)絡(luò)版地址：http：//www.eepw.com.cn/ article/247456.htm

關(guān)鍵詞：LED照明；非隔離；恒流源；高壓線(xiàn)性；HVLEDs

DOI： 10.3969/j.issn.1005-5517.2014.5.003

2014～2016年LED照明將步入高速發(fā)展階段，特別是適合室內(nèi)照明的平價(jià)LED光源和燈具借助新一代的LED照明將進(jìn)入量產(chǎn)。

這么多年來(lái)LED照明光源和燈具的開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)，很難使LED照明光源和燈具迅速走進(jìn)平民百姓的家庭，LED光源和燈具工作時(shí)太燙和購(gòu)買(mǎi)時(shí)太貴成了技術(shù)發(fā)展的瓶頸，和市場(chǎng)擴(kuò)大的門(mén)檻。究其原因是大多數(shù)LED光源和燈具都采用傳統(tǒng)的 LED燈珠低電壓（VF3.2V）、大電流（IF200～700mA）的工作狀態(tài)所致。為了降溫，設(shè)計(jì)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜的散熱器還是很難降溫，形形色色的無(wú)效散熱方法，導(dǎo)致LED照明光源和燈具成本居高不下，使LED光源和燈具的零售價(jià)格難以下降，普通百姓難以承受消費(fèi)。LED燈珠在點(diǎn)亮工作時(shí)，消耗的電能30%轉(zhuǎn)化為光能，70%轉(zhuǎn)化為熱能。因此，需要盡快導(dǎo)出和散發(fā)熱量，LED光源和燈具的散熱是整個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的頭等大事，LED光源和燈具點(diǎn)亮工作時(shí)溫度高了，易使LED燈珠早期老化，引起光衰，易使驅(qū)動(dòng)電源早期失效，電解電容器因高溫而干枯。低電壓大電流光源（LVLEDs）太燙成難治頑疾（圖1）。

三大發(fā)展趨勢(shì)

1. LED光源板設(shè)計(jì)從低壓趨向高壓。同功率的LED照明燈具可以用大功率的低電壓LED燈珠來(lái)設(shè)計(jì)光源板，采用大電流（200～700mA）驅(qū)動(dòng)，結(jié)果是燈腔高溫很燙，散熱瓶頸難解；采用小功率LED燈珠串聯(lián)成高電壓的HVLEDs光源板，用小電流（10～50mA）來(lái)驅(qū)動(dòng)，燈腔溫度下降很多。如小功率的LED燈絲燈甚至不需要金屬散熱器。思維的創(chuàng)新，引來(lái)新的生機(jī)。

改變LED光源板的設(shè)計(jì)思路至關(guān)重要。LED光源板選用小功率LED燈珠，采用多串、少并，組成高電壓（50～240VDC）、小電流（10～60mA）的HVLEDs工作狀態(tài)，可以有效降低LED光源板發(fā)燙頑疾。

室內(nèi)LED照明光源和燈具，采用效率較高的非隔離開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)電源，或便于自動(dòng)化生產(chǎn)的無(wú)變壓器、電感器、電解電容的高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)電源。可由此生產(chǎn)性?xún)r(jià)比好的平價(jià)LED光源和燈具。

LED照明燈具已經(jīng)步入新技術(shù)、新工藝、新材料、創(chuàng)新設(shè)計(jì)產(chǎn)品的嶄新時(shí)代，LED照明燈具的新技術(shù)發(fā)展脈絡(luò)十分清晰，順之者昌。用四新理念設(shè)計(jì)產(chǎn)品方可贏(yíng)得新市場(chǎng)。

LED燈絲與燈絲燈

LED燈絲與燈絲燈是近二年的技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)品。LED燈絲遵循HVLEDs的原理，顛覆了傳統(tǒng)的單顆LED管芯的封裝模式，將單顆的LED封裝革新為多顆串聯(lián)的模塊化封裝，使之成為HVLEDs的模組。

LED燈絲設(shè)計(jì)制造有傳統(tǒng)的“固晶技術(shù)”和新興的“覆晶（Flip Chip）技術(shù)”（也稱(chēng)作“倒裝” ）二種不同的技術(shù)、不同的方法。這里以“固晶技術(shù)”為例。

新一代LED燈絲設(shè)計(jì)技術(shù)就是貫穿VF高電壓、IF小電流的HVLEDs工作狀態(tài)的創(chuàng)新理念。燈絲燈在連續(xù)工作數(shù)小時(shí)后，玻璃泡的溫度在36℃以下。

典型的LED燈絲設(shè)計(jì)在0.5mm X 1.2mm X 33mm的藍(lán)寶石基條上，在藍(lán)寶石的一面涂膠后，固晶無(wú)背鍍的藍(lán)光1016 LED管芯26～30顆，用金線(xiàn)串聯(lián)，使之成為VF=70～80V的HVLEDs，在藍(lán)寶石基條的兩端覆銀，便于通過(guò)金線(xiàn)連接頭尾的LED管芯，便于安裝引腳，方便LED燈絲的應(yīng)用。LED燈絲的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2所示。LED燈絲在固晶和打金線(xiàn)后，必須將配制好色溫的黃色熒光粉涂覆包裹整個(gè)藍(lán)寶石基條，以防LED燈絲通電工作時(shí)的藍(lán)光泄出。LED燈絲的色溫通過(guò)在黃色熒光粉中加紅粉，不同的配比得到不同的色溫，可按需設(shè)計(jì)生產(chǎn)。

LED燈絲是真正可以360度發(fā)光的LED光源。

由N根LED燈絲、C35/A60玻璃泡、非隔離開(kāi)關(guān)恒流源、燈頭可組成真正360度發(fā)光的LED燈絲燈（圖3）。燈絲燈泡需要經(jīng)過(guò)燈絲點(diǎn)焊、自動(dòng)高溫封泡、排氣和充氣、封口、裝燈頭等類(lèi)似白熾燈生產(chǎn)工藝，才能做成燈絲燈泡。

LED燈絲的工作電壓、電流設(shè)計(jì)，遵循HVLEDs的高電壓（VF）、小電流（IF）原則，設(shè)計(jì)為每根1W的燈絲，其工作電壓VF在70～80V，工作電流IF在10～12mA；燈絲長(zhǎng)度適宜在C35、A60的玻璃泡內(nèi)空間，并可有極像白熾燈鎢絲點(diǎn)亮的美感（圖4）；在設(shè)計(jì)AC220V電壓C35蠟燭泡時(shí)，可用二根燈絲串聯(lián)；在設(shè)計(jì)A60球泡燈時(shí)，可用四根燈絲二串二并。這樣的燈絲燈經(jīng)大批量生產(chǎn)驗(yàn)證，燈泡在點(diǎn)亮工作時(shí)不會(huì)產(chǎn)生高溫而發(fā)燙，燈絲的有限熱量經(jīng)燈泡內(nèi)的特種氣體快速傳導(dǎo)到燈泡玻璃表面而散發(fā)到周?chē)諝庵腥ァ?W燈絲球泡燈連續(xù)點(diǎn)亮8小時(shí)后的燈泡玻璃溫度應(yīng)不超過(guò)36℃。

燈絲燈要求必須無(wú)頻閃，頻閃易使人眼疲勞，有害人類(lèi)的眼睛健康，還可能有損兒童的視網(wǎng)膜。美國(guó)在IEEE PAR1789《LED 照明閃爍的潛在健康影響》中規(guī)定了波動(dòng)深度的限值。燈絲燈需過(guò)EMC，燈絲燈要去塑件，因此選擇好的非隔離開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)電源也是關(guān)鍵技術(shù)之一，阻容降壓電源頻閃厲害不能用。

燈絲的VF電壓與工作電網(wǎng)電壓的匹配設(shè)計(jì)，可提高燈泡的效率。

環(huán)形HVCOB光電引擎

環(huán)形HVCOB光電引擎的設(shè)計(jì)源于HVLEDs的設(shè)計(jì)理念，N顆小功率藍(lán)光LED管芯裸片直接封裝在已經(jīng)按設(shè)計(jì)預(yù)先制作好環(huán)形線(xiàn)路的陶瓷基板上，形成HVLEDs串，直接適用于高電壓、小電流的應(yīng)用模式。高壓線(xiàn)性恒流驅(qū)動(dòng)電源芯片、整流橋堆也同時(shí)一次性表貼在陶瓷基板上（圖5）。

HVLEDs的誕生開(kāi)創(chuàng)了LED照明燈具設(shè)計(jì)的新思路，HVLEDs的高電壓、小電流，使LED光源板在工作時(shí)發(fā)熱大大降低，燈腔溫度降低，LED光源和燈具工作時(shí)不燙了，解決了LED燈珠光衰和電源短板的問(wèn)題；環(huán)形HVCOB光電引擎使用高壓線(xiàn)性分段恒流驅(qū)動(dòng)芯片的電源新技術(shù)，從而使用沒(méi)有變壓器、沒(méi)有電感器、沒(méi)有電解電容器的簡(jiǎn)潔驅(qū)動(dòng)電源，由此可以將HVLEDs的所有LED燈珠和整流器、驅(qū)動(dòng)電源芯片、電阻、電容等器件表貼在陶瓷基板的同一面，適合自動(dòng)化大批量生產(chǎn)，節(jié)省人工，進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本，和方便燈具廠(chǎng)的二次產(chǎn)品設(shè)計(jì)及生產(chǎn)。

環(huán)形HVCOB光電引擎用于球泡燈制造十分方便簡(jiǎn)捷，將環(huán)形HVCOB光電引擎直接安裝在塑包鋁的散熱器上，連接燈頭，蓋上燈罩，即可組成一個(gè)新穎的LED球泡燈（圖6），生產(chǎn)過(guò)程十分簡(jiǎn)短，生產(chǎn)效率十分有效。

燈具廠(chǎng)可以用環(huán)形HVCOB光電引擎照明模塊來(lái)設(shè)計(jì)生產(chǎn)N種LED球泡燈、筒燈、天花燈等多種燈具，依靠燈具廠(chǎng)的造型設(shè)計(jì)強(qiáng)項(xiàng)，設(shè)計(jì)生產(chǎn)千變?nèi)f化而各具特色的LED照明燈具；而使用標(biāo)準(zhǔn)化的光電照明模塊，既通用又方便，還可降低生產(chǎn)成本和庫(kù)存風(fēng)險(xiǎn)，更符合Zhaga的未來(lái)LED燈具發(fā)展的要求。Zhaga 是一個(gè)由全世界頂級(jí)的LED照明生產(chǎn)商組成的聯(lián)盟協(xié)會(huì)，宗旨在通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化來(lái)實(shí)現(xiàn)光引擎的兼容性和互換性，并以此加速LED 技術(shù)廣泛應(yīng)用。一個(gè)前瞻國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織Zhaga 的使命是為燈具制造商提供一個(gè)更好更有效的光源方案解決平臺(tái)。環(huán)形HVCOB光電引擎照明模塊是一種新穎的LED光電引擎，代表LED照明技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，具有性?xún)r(jià)比更好的強(qiáng)盛生命力。

借助高電壓、小電流的LED燈珠板的設(shè)計(jì)新理念平臺(tái)，和HVLEDs技術(shù)，可以藉此創(chuàng)新設(shè)計(jì)很多新一代不發(fā)燙的LED光源和燈具。LED光源和燈具不燙將進(jìn)入LED照明安全使用期，特別是木屋結(jié)構(gòu)的住宅、別墅等。