LED的经济性主要体现在其更好的节电效果,照度效率的优势。此外,由于LED具有超长寿命,其更换成本也显着优于其它光源。
全球灯泡市场胃纳量上看两百亿颗,在白炽灯于2012年禁产、禁售规范上路后,尽管节能萤光灯(CFL)普及率仍占上风,然在全球环保意识高涨下,发光二极管(LED)已成为各国力推的政策,其中LED灯泡将为众多国家推动的照明计划中优先导入的产品之一。市调机构预估,2011年LED灯泡渗透率为3%,出货量将达六亿颗,产值80亿美元。至2013年,随着40瓦和60瓦传统灯泡掀起汰换潮,总体市场规模将剧增至二十五亿颗。
日、韩及北美等国已对LED照明等绿色产品实施补贴政策,目前包括卖场、商店及工厂等场所亦有较高意愿置换为LED照明,预估2011年全球LED照明渗透率可望突破10%,吸引日亚,飞利浦,欧司朗及科锐等大厂竞逐商机。由于愈来愈多国家开始编列预算替换LED路灯,再加上LED照明每年价格趺幅达30%以上,预估2013年渗透率将提升至近20%,市场前景可观。
激活条件及预测
从LED产品设计方面，LED不但拥有高效率驱动电路更拥有特殊的单向点光源光学设计,这些特点有效减少反射让光线到达指定区域,并提高照射效果。
再从各国政府的LED照明发展计划来看,中国政府藉由Metal Organic Chemical Vapor Deposition奖励方案,推动大陆内部对LED自给自足的能力。该方案预计在2010-2012年间将耗资16亿美元在MOCVD设备上,同时对每项设备还提供高达180万美元的补助金。如此同时，地方政府也提出了降低税率、加速设备汰旧换新、以及免费用地等优惠措施。这些计划不但鼓励现有的中国LED制造商扩大产能,同时亦吸引许多新的加入者出现。另外，来自台湾和韩国的厂商也透过合资方式进入中国,以上条件都成为推动中国产能增加的重要因素并反映LED照明的海量市场已经具备激活条件。
然而，我们预计LED照明市场最先会被激活的是户外大角度照射,包括,路灯、广告牌灯等。另一方面，室内照明则会是长效照明应用,包括隧道、冷库、车库、超市、厂房、商场(冷白光)、办公楼等。 其次，我们估计大部分的商业照明及家庭照明则主要是高端客户。
LED照明市场的挑战
LED照明市场也面临着许多挑战，除了价格之外,还要考虑如何提高发光效率、降低眩光和提升光的配置和均匀度等。
高效率LED存在色温较高偏冷色的缺点。由于使用习惯的差异,部分应用环境(如服装店)或部分国家(如大部分亚洲国家)需要色温更低的暖白光,这最多损失30%左右的光源效率。正因如此,暖白光的激活门槛要高于冷白光,我们估计当LED的成本能够下降40%左右时候,暖白光将具有目前冷白光的经济性,预计这个时间在2011年底左右。
LED灯寿命一直存在争议,尽管LED芯片的寿命可能大于10万小时,但是封装和驱动环节都可能导致整灯寿命下降。目前已经出台的LED路灯标准都规定寿命要达到三万小时,室内照明的标准大部分规定在两万小时,这也是行业的普遍水平。
目前的LED寿命多数是通过一定时间测试过后,采用数据模型推算所得。由于LED寿命较长,客户难以通过使用的经验来判断LED灯的寿命,而之前不规范的LED产品影响了大众对于LED寿命的预期。
LED照明电源和驱动方案的选择
在LED照明设计中,驱动方案一般来说有两种: 线性驱动和开关型驱动。
线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方式。在照明级白光LED应用中,虽然存在着效率低、调节性差等问题,但是由于其电路简单、体积小巧,能满足一些特定的场合应用较多。
而开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率,应用方式主要分为降压式和升压式两大类。降压式开关驱动是针对电源电压高于LED的端电压或者是多个LED采用并联驱动情况下的应用。升压式开关驱动是针对电源电压低于LED的端电压或者是多个LED采用串联驱动情况下的应用。
一般认为,隔离型驱动安全但效率较低,非隔离型驱动效率较高,应按实际使用的要求来选。
目前设计一般的基本LED驱动器照明应用相对较简单,但是如果还需要其它功能如相位控制调光和功率因素校正(PFC),设计就变得复杂。功率因素是其中一个能够认证的参数指标，其要求范围可在0.7至0.9内，但功率在5w以下的LED 灯具，暂可豁免此考虑。无功率因素校正功能的非调光LED驱动器通常包含一个离线式开关电源,用于恒定电流下调节输出。
LED驱动器的后端架构包含一个具有短路保护功能的电流调节电路。可以利用线性调节电路达到这一目的,然而这种方法本身效率较低,因此适用低输出电流,通常不会应用到多级架构中。而替代方法是使用简单的、具有电流回馈功能的降压稳压器电路,以便限制了输出电流超过期望的LED驱动电流。其抵消了总LED正向电压随温度和器件容差的变化,还限制了出现短路或其它故障条件时的电流,从而保护驱动器免遭损坏。
工作原理图
E27 3.5W LED灯泡驱动方案推介
方案主芯片: 意法半导体(STMicro)型号 ALTAIR03TR ( SO16贴片封装 )
內置700V MOSFET
准谐振型工作模式芯片,高集成和高可靠度。
芯片Altair03TR 是一颗原边反馈方式来做到恒定电流输出的脉冲寛度调制集成电路.
非常适合用于返驰式 LED 驱动电源,方案组件极少并且在次级省却了光耦和电压基准,
但仍然可保持良好和准确的电流输出.
主要参数如下
输入电压 : AC90~264V,50/60Hz
功率因素 : > 0.5
平均效率 : > 75%
输出恒压/恒流 : DC10.2V , 350mA +/-5%
LED 组合 : 串联 1W x 3
作者:陈祖雄 技术市场部助理经理 威雅利电子(集团)有限公司
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