LED球泡發(fā)展現狀解析

LED球泡發(fā)展現狀解析進入2023年以后，LED逐漸向室內照明進軍，這也意味著開始向民用家庭進軍。一方面這是一個大喜事，因為民用的市場是非常之大；另一方面也是一個極為嚴重的挑戰(zhàn)，因為民用市場要求成本特別低，可靠性特別高。現在離開完全滿足民用市場的要求還很遠，可以說還有很長的路要走。最普通的民用燈就是白熾燈，也就是我們普通用的燈泡。所以如果LED要取代白熾燈泡，就要開發(fā)出一種無論在燈頭形狀還是外型上都和白熾燈泡類似的燈泡，這就是我們通常稱為LED球泡燈。可以想象，球泡燈的市場是十分巨大的。對LED球泡燈的要求因為要替換白熾燈，所以至少要有以下幾方面的要求：1.亮度要相當白熾燈通常只講瓦數而不講流明數。LED雖然也可以只講瓦數，但是由于LED的光效還在不斷發(fā)展，只說瓦數并不能代表其流明數。白熾燈最常用的瓦數有15瓦、30瓦、45瓦、60瓦、75瓦和100瓦等。如果要講流明數，那么可以用白熾燈的發(fā)光效率來計算。白熾燈的發(fā)光效率在7.5-12lm/W。瓦數越大效率越高。所以上面列出幾種瓦數的白熾燈的相對流明數可以列表如下：如果采用LED來取代，也可以得出相應的瓦數。但是因為LED的發(fā)光效率在不斷攀升，所以很難給出準確的數字。假定采用目前通常的LED1，其光效為100lm/W，假如采用最高光效的LED2，其光效為130lm/W（暖白的光效會低于此值）。就可以得出對這兩種光效LED相應的瓦數來。但是因為LED需要恒流源，而恒流源有一定的效率，假定為85%，另外因為LED不可能采用透明泡殼，而只能采用乳白泡殼。其透光率大約為85%。二者相乘等于0.72。.考慮以上因素以后就可以得出和白熾燈相當的瓦數來。由表中可見，LED2在同樣亮度時大約可以節(jié)省10倍的功率。有一點需要特別說明的。就是從目前LED球泡燈的光效和散熱來說，它還不可能做到10瓦以上，也就是說目前還只有可以取代60-75W白熾燈的LED球泡燈。當然PAR燈就另當別論了（后面將討論）。2.外形要類似通常白熾燈為梨形的，所以LED球泡燈也應當為梨形的。這點是很容易做到。但是白熾燈為全玻璃制品，LED因為要散熱就很難采用全玻璃的結構。下面會詳細討論LED球泡燈的結構。3.體積大小要相當，因為LED需要恒流源和散熱器，所以這是非常難做到的4.重量要相當，同樣因為LED需要恒流源和散熱器，所以這也是非常難做到的喂5.燈頭要誘相同中國博過去大都是宰采用卡口式蹈，改革開放膛以后大都改霉用和美國一唯樣的螺口式顏。就是美國澡的E26或卵E27。這攤點也還是很序容易做到的施6.電警源要相同，皂都應該是2墾20VAC佳（或美國的怎110VA社C），這也丹是沒問題的假。亮二．范LED球泡忌燈的結構疊LED斗球泡燈可以任分為外部結轟構和內部結鋼構。我們先傳來看一下它報的外部結構神。一個典型禁的LED球罪泡燈的外形蕉如圖1所示墊（這是作者慎最近在美國暮硅谷Fry煌’s電子商濱店上看到的灰最大功率的料LED球泡止燈，價$4幣0）：訓圖1：LE叼D球泡燈的脅外形管這是一蝴個5W的L朽ED球泡燈孤，全長男13cm呢，散熱器長益5cm葬，直徑狗4.5cm曲，泡殼長撒5.2cm奏，直徑雜5.5cm摟，重量國114克羞。它大約可搬以取代45堪W的白熾燈叼。其外部結羨構主要包括勁3個部分，桑一個是燈頭賺，二是散熱面器，三是泡翠殼。而內部姨結構則主要嬸是2部分，蔬一是恒流驅弄動電源，二某是LED燈掩板（包括鋁頌基板和LE墊D）在內（長圖2）。卵菜圖2：球泡錢燈的構成倆下面分別來梯討論這幾個殘部分的構成攻。電愿三．拉球泡燈的電字源慘因為球泡燈顏都是用市電析供電，所以亮電源也必須忍是市電交流廢輸入的，英際文稱為Of線f-Lin心e，有把中濟文譯成離線堆式是很不恰久當的，因為零英文原意是杯From獵Line的漁意思，應該勾譯成在線，憂但又會和網東絡的在線相瘡混，所以不產如就直接稱咽為市電式電張源。既球泡燈的市稅電式電源基死本指標如下虛：敞1.電源基訪本類型：主役要分隔離式注和非隔離式捷兩種，那是原指負載端是掩否與火線2率20V隔離礎。一般說，芳非隔離因為貪不需要隔離版變壓器，所墨以成本低，汪但要求鋁基芝板耐壓高，桌否則散熱器誓就有可能帶屬電。所以比樓較不容易通哀過安規(guī)檢驗絮。隔離式就檔比較安全，蒙比較容易通鞋過安規(guī)，但脅成本高。遇2.電源輸諸出功率：因剪為球泡燈的近體積大小必命須和玻殼的螞白熾燈相當猛，所以散熱析器大小有限淡，目前還不單能超過9W刃。蟲3.電源效菜率：一般隔御離式在80重-85%左井右，非隔離宿式在90%督左右德4.電源功延率因數（P望F）：不加震PF校正在當0.5-0輪.6,加P奶F校正在0多.9-0.滑99左右悲5.體積大祥?。河捎谇蛲婆轃袅艚o電糕源的空間很雷小，所以體拋積的限制很相嚴。胞下面來介紹糾幾種典型的皮球泡燈電源羨。糾3.1非隔妄離式電源慨下面是固一個采用美速國安森美N患CP101折4的非隔離豐式電源原理婆圖（圖3）翼裁圖3：非隔江離式電源原做理圖刃這個電織源的基本指伴標如下：晴圖4：NC體P1014剝LEDGT堵外形圖蚊其實這個電秤源的核心就撇是一個恒流勢二極管NS搞I4502伏5，以確保民LED恒流煩在25mA嗚。所以它只敏能用于小功蛾率貼片式的揮LED。其肚中外加的集噸成電路NC者P1014爬實際上是一購個有源式的貫功率因數校壓正（PFC仔），可以把始它的功率因敏數提高到>膝0.9以滿闖足美國能源常之星的要求舍。輸入端的諷L1,C1篇,C2是一買個防電磁干召擾EMI的授濾波器。它盟的缺點是非父隔離，所以舞220V會哀直接加到負起載LED上曬。鍋其實假如不美要求功率因遣數的話，那喬么采用恒流冒二極管(C木RD)的電廁源方案可以鏡做得很簡單禽（圖5）。夏符圖5：最簡層單的采用恒銳流二極管的世球泡燈電源壤這種電源的黨功率因數大流約在0.5肝-0.6之串間。因為電拋路簡單，所始以體積可以魯做得很小，恰而且成本很逗低。榆3.2隔離潛式電源閣為了提尺高安全性，濟最好采用隔誠離式電源，節(jié)這樣就多了征一個隔離變面壓器，增加盤了體積、成指本，降低了扭效率。圖6腿是一個采用瀉iWatt雁公司iW3矛610的反錢激式隔離電孕源電路圖。腎其實這個芯刪片和Cyp往ress公叛司的CY8少CLEDA魂C02十分怒類似。幟圖6：采用菌iW361煎0的隔離比式電源的電倍路圖質其主要殺技術指標如苗下表所示：城這個電粗路還可以自封動檢測墻上棉有無臂可控硅檔調光器，如咳果有的話就秋可以調光，憐其調光范圍披可以從2%保調到100撥%。而且最陡后采用了管PWM投調光，調光安頻率高達9誦00Hz，鑄因此避免了壤閃爍。另外津由于采用了學準諧振控制驚使其總效率嘗高達85%藏。它還有一晌個特點是采撞用變壓器初洽級反饋從而菌取消了辛光耦合器矩件。它的外支形圖如圖7晌所示。其外秤形是專門為引球泡燈而設轉計。徒圖7：i冷W3610些的演示板村四．球泡燈視的散熱器雕球泡燈的L棉ED通常焊結接在一塊鋁梅基板（LE固D底板）上傾，這塊鋁基齡板再和一片勾圓形鋁散熱石板固定，然旗后再把這塊削鋁散熱板固洲定到散熱器掘外殼上去（闖見圖8）。悶圖8：LE勝D底板如何隸固定到散熱休器上去版圖中的鋁散每熱板上可以玉看出有精加縱工的痕跡。減經過精加工祝以后LED集底板就可以蝶直接固定上醋去，否則的形話，二者之雁間會有氣隙卡，需要涂覆聾硅導熱膠以半改善導熱。驕球泡燈拖由于體積的首限制所以散幼熱是一個大蝕問題。無論桃是哪種散熱品器都是只能夜依靠對流和偉輻射兩種方售法來把熱量姿散發(fā)到空氣耀中去，而這謙兩種散熱的刃能力都是和框它的散熱的咸面積成正比三。而球泡燈組的散熱面積躲可以如下計掃算。假定其跪散熱器可以冠近似為一個飲截去尖頂的承圓錐體。假飼定大圓錐體目的高度為H魚，直徑為D洞，而截去的山小圓錐體的現高度為h，肢直徑為d。市圖9：截頂姻的圓錐體匆圓錐體的側羊面積為πH穗D/2，所符以截去一個棚尖頂以后的柄側面積是π蹄HD/2-恭πhd/2汪=π(HD浸-hd)/過2。假定H洲=和8cm凡，h=遷3cm鑄，D=妖5cm訪，d=致3cm灶，那么這個含截頂以后的保側面積就是辦48.7c破m退2，可近似戰(zhàn)為50平方棋厘米。而因笑為大多數散楚熱器都開了芽溝槽，以增損加其散熱面典積，開溝槽紗以后所增加勝的散熱面積覽為溝槽深度窩g乘長度l枝再乘2，再妥乘以溝槽數創(chuàng)。假定溝槽赴平均深度為張0.3cm辮，長度為親5cm劑，溝槽數為咬46個，那徐么開溝槽以訴后增加的面褲積為0.3它x5x2x定46=13螺8.cm蹤2?？傆嬌⒕責崦娣e為濁188c兵m蠶2。根據經元驗數據，每者瓦所需要的鞠散熱面積大踢約在35煌-60c飲m頑2。具體要鋤多大取決于勾環(huán)境溫度和積允許的升溫延。因為球泡袍燈大部分是搏用在室內，傭環(huán)境溫度不投是很高，所牢以可以采用帆35cm另2/W。所堡以迷188c示m由2的散熱面摔積可以散大測約5.3W刷左右。不過球這只是極為腹粗略的估計姐，可以得到比一個數量級途的概念而已薯。真正的散戰(zhàn)熱情況還是負要實際測定拆才可以。槍日本的技術解在線拆解了滅幾種LED善球泡燈。并允實測了其泡怎殼溫度，結姻果如下表所緒示：因為室乳溫是相同的厭，下表幾志種球泡燈的驚外殼溫度。位圖中的球泡坦燈功率從7否.5W到4歪W。溫升最宮低的是4W櫻球泡燈，其扇外殼溫度為聽38度。溫祖升最高的為程東芝照明的砍7.2W球予泡燈，其表瘡面溫度高達券61度。這跟是因為東芝罷的球泡燈散濕熱器沒有開教槽溝的緣故拉。所以不開競槽溝的散熱閑器，雖然表譜面光滑，外酷形好看，但芳其散熱效果摟會差很多。成而表面溫度柱越高，在同培樣的系統(tǒng)熱洪阻和功耗情僻況下，雕LED芯片疏的結溫也越也高，LED偷的壽命就越天短。溝由于球泡燈時散熱器面積早的限制，所章以很難散熱編超過7-9狂W。根據目懲前的LED殘光效，它的福流明數也就草相當于60積W白熾燈。疲隨著以后L促ED光效的柄逐年提高，密相信會出現銹同樣大小而乘能取代10蹤0W的白熾蒙燈。奇散熱器驕的材料目前乘大多數采用嫌鋁合金，因綠為成本低廉往，加工容易因，而且導熱目性好。但是蛾最近出現了笨很多絕緣的培塑料散熱器刷和陶瓷散熱繼器，其散熱眠效果也不差翼。因為最后紋的散熱主要桌靠對流和輻胞射。而對流豐完全由其形棄狀和面積決襯定。輻射則會和材料的輻爸射性有關。踩各種材料的她熱輻射系數健如下表所示咸：權由表中可見校，氧化處理蝦是改進金屬料材料的輻射是散熱的重要騰途徑。而導留熱塑料則不滾需要任何氧蹄化處理就可漁以達到極高否的輻射系數鈔。因此只要掏其外形和金替屬散熱器一水樣，那么其剪對流和輻射長的效果是和他金屬散熱器如的效果是相良同的。但是紀其熱傳導性阿能肯定不如萄金屬，所以脾整體散熱效臘果會差一些態(tài)。但是如果評把它做得盡幕可能薄，再號加上一層金劃屬的內壁，仰就可以把這希個熱傳導低王的不利因素偽降至最低。緩現在已經有此導熱系數大碗于20w慕/mk的塑劃料，但是其己單價比較高再。陶瓷散熱虹器的情況和多塑料散熱器柜情況一樣。效只是其導熱芳系數可以做于得更高，當害然成本也要剖高很多。圖墓10是上海橡龍茂均微電子郊公司的6W抄塑料外殼球傅泡燈。它的磨散熱器溫度脖為67度。稅

圖10：認一個6W臣的塑料散熱尋器LED球涉泡燈睡塑料和閱陶瓷的最大堡優(yōu)點是絕緣河，所以即使浪采用非隔離販電源也容易棵通過安規(guī)檢惹驗。爐此外，為了芽改善泡殼里充恒流驅動電行源的散熱，視通常都要加尤入導熱密封染膠，以取代螞導熱差的空央氣。還有一漢種方法是在耳散熱器上打暗孔，以便空分氣的流通。堡但是就會有惰防水的問題角。沖五．球泡燈歇的泡殼價所謂泡殼就粉是指前面透及明的玻殼。梁在白熾燈中率，全部都是偷由玻璃做成副的外殼，但恒是在球泡燈嘗中，雖然也勞可以用玻璃森做前面的外稼殼，實際上勇也是有這樣頓做的。但是瓶因為LED疲球泡燈重量市很重，要比寬白熾燈重5旬倍以上，如介果用玻璃做咽的話，掉在虎地上，摔破裁的可能性就孟大多了。因龍此更多的L噴ED球泡燈脂采用塑料做閃泡殼，以防饑摔壞。而且隸LED球泡葉燈因為熱量尤都從散熱器育散出去了，針所以通過泡膛殼的光大都嚴是可見光，貝很少有發(fā)熱世的紅外線，鳥所以采用塑姥料來做泡殼各也不會由于寫過熱而損壞態(tài)。和但是塑料外橋殼的最大問郊題是透光率懂的問題。因城為LED存金在眩光的問權題，所以盡爹可能采用乳攀白色的泡殼沫，以免看到革里面的LE苦D燈珠。而細乳白色的泡院殼。其透光末率就更成問拔題了。所以鉆對于用于L南ED球泡燈巷泡殼的塑料掠有以下要求攝：魂1.具有高男透光、高擴項散、無眩光副、無光影；心2.光源隱撇蔽性要好（淺盡可能看不耕到LED燈飄珠）；共3.透光率怕達到90％坡以上；胳4.具有高安阻燃性；約5.具有高船抗沖擊強度鳴；截現在國界內有一種稱饞為智光LE直D腦光學揚燈罩的據說仇可以實現所晉有以上要求拍（圖11）重。透

圖11：落各種LED譯塑料泡殼（杰點擊圖表放栽大）憑假如真的可旅以實現94家%的透光率謎，而且還能漲防眩光，無唉光影，那么觀真的是十分呀理想的了。丟其外觀圖如敞圖12所示勸。黑圖12：智床光LED光內學燈罩的外才觀圖悅六．幾種品揭牌LED球嚼泡燈捉下面列撥出了幾種市寸面上批量生卡產的品牌L冒ED球泡燈束的實測結果暮可以注陪意到一個6誘0W的玻殼訴白熾燈重量翁只有慣28g刻。要比這些嗽LED球泡頑燈輕5倍左慨右。另外表暈中的發(fā)光效姿率不是LE邊D本身的發(fā)昨光效率，而盲是指整個球擊泡燈的發(fā)光蛙效率，其中墾包括了電源績的效率和光埋罩的透光率慌。所以，要消能達到10冒0lm/W木的整體光效模還有一段路智程要走。堵七．LED蛙PAR燈灰PAR撥燈實際上是外飛利浦砍公司的一種漲大功率鹵素天燈的規(guī)格，村飛利浦把它桑稱為“氯銨廉燈”。但是端這個名字并口沒有得到推伯廣。一般稱助為“筒燈”副或者“射燈醬”。而射燈牛主要是指那率種具有MR喝16插座的蟻燈，所以我倘們暫時還稱產它為PAR番燈或筒燈。膊因為要和這田種PAR燈獅兼容，所以準大功率LE衰D夾

PAR燈潤就也采用和施PAR燈相法同的尺寸。批只是結構不辰同，瓦數不標同，亮度不筆同。飛利浦可公司的PA脾R20、P半AR30和閉PAR38恭的外形圖如溝圖13所示掛。而相兼容桂的LED的面PAR燈，丑其外形尺寸恰和他們完全妙相同（圖1書4）。姓憲圖13：飛早利浦公司的飾PAR20含、PAR3茅0和PAR隊38的外形旬圖包誼圖14每：和PA繩R20、P洲AR30、贊PAR38歷相對應的L誼ED筒燈租采用LED障以后，由于凝沒有統(tǒng)一的胸規(guī)格，所以嘗具有各種不壽同的性能指衡標，現在選拒擇其中比較釀典型者和原交來飛利浦鹵惠素燈的指標販比較如下表爸所示。踐其中光強指芝標二者所用由的單位不同稼，飛利浦采搶用cd（燭嗎光），而通紐常LED則冬采用lm（島流明）。二蜘者的關系如耕下：φ（流詢明）=4π厭I（燭光）盲。但是因為屯二者的發(fā)射材立體角不同損，所以無法岔換算。只能肯大致說，鹵新素燈的發(fā)光歐效率大約為澆17-33吐lm/W絨。而LED千的發(fā)光效率掠在100-晌130lm藏/W。約比今鹵素燈高4糖-6倍。卡PAR燈和歉球泡燈的結覆構基本相同避，只是體積萌大一些，瓦牌數大一些。準因此要求的后電源功率也琴要大一些。檔康今年2月美衛(wèi)國凌特公司趴宣布了一個公用于LED輕恒流驅動的荒IC屑（LT37增99），它啦可以驅動4黃-100W礦的LED，結而且本身帶順PFC，外右置功率MO多SFET淘開關效管，反激隔燭離式而不需羨要光耦合器解，外置習元件魂減到最少，踏而且還可以民用于可控硅聽調光。仁圖15：可聽用于高功率稠LEDP榮AR燈的反籠激式隔離型象恒流電源拐肅

這個目電路圖是一屈個給24瓦潛PAR燈用茫的演示板的傘電路圖。其戶主要技術指厚標如下：鉆它的演示版余的布置圖如欲圖16所示霉。具體應用杰時當然也可者以設計成圓趕形。藏圖16：L芒T3799災的演示版表這個市電恒個流源因為功示率大，而且成可以適應4脖-100W煌的寬功率范厭圍，所以一嗚定是采用外零置MOS開忘關管，而且銜也因為功率騰大，所以要周求采用功率撓因數校正（犧PFC）。匠對于不同的段功率，除了屠要選擇不同異的MOS管皮外，還要求血選擇不同大玻小的變壓器臺。變壓器加漏大了整個恒高流源的體積羽和重量，降特低了效率?？鹊沁@是為抽隔離市電所中必需的。幸八．LED隸球泡燈的市寺場前景鏡據有