LED球泡發(fā)展現(xiàn)狀解析

1、LED球泡發(fā)展現(xiàn)狀解析進入20111年以以后，LLED逐逐漸向室室內(nèi)照明明進軍，這這也意味味著開始始向民用用家庭進進軍。一一方面這這是一個個大喜事事，因為為民用的的市場是是非常之之大；另另一方面面也是一一個極為為嚴重的的挑戰(zhàn)，因因為民用用市場要要求成本本特別低低，可靠靠性特別別高。現(xiàn)現(xiàn)在離開開完全滿滿足民用用市場的的要求還還很遠，可可以說還還有很長長的路要要走。最普通的民民用燈就就是白熾熾燈，也也就是我我們普通通用的燈燈泡。所所以如果果LEDD要取代代白熾燈燈泡，就就要開發(fā)發(fā)出一種種無論在在燈頭形形狀還是是外型上上都和白白熾燈泡泡類似的的燈泡，這這就是我我們通常常稱為LLED球球泡燈。可可以想

2、象象，球泡泡燈的市市場是十十分巨大大的。對LED球球泡燈的的要求因為要要替換白白熾燈，所所以至少少要有以以下幾方方面的要要求：1.亮亮度要相相當 白白熾燈通通常只講講瓦數(shù)而而不講流流明數(shù)。LLED雖雖然也可可以只講講瓦數(shù)，但但是由于于LEDD的光效效還在不不斷發(fā)展展，只說說瓦數(shù)并并不能代代表其流流明數(shù)。白白熾燈最最常用的的瓦數(shù)有有15瓦瓦、300瓦、445瓦、660瓦、775瓦和和1000瓦等。如如果要講講流明數(shù)數(shù)，那么么可以用用白熾燈燈的發(fā)光光效率來來計算。白白熾燈的的發(fā)光效效率在77.5-12llm/WW。瓦數(shù)數(shù)越大效效率越高高。所以以上面列列出幾種種瓦數(shù)的的白熾燈燈的相對對流明數(shù)數(shù)可以列

3、列表如下下：如果采用LLED來來取代，也也可以得得出相應(yīng)應(yīng)的瓦數(shù)數(shù)。但是是因為LLED的的發(fā)光效效率在不不斷攀升升，所以以很難給給出準確確的數(shù)字字。假定定采用目目前通常常的LEED1，其其光效為為1000lm/W，假假如采用用最高光光效的LLED22，其光光效為1130llm/WW（暖白白的光效效會低于于此值）。就就可以得得出對這這兩種光光效LEED相應(yīng)應(yīng)的瓦數(shù)數(shù)來。但但是因為為LEDD需要恒恒流源，而而恒流源源有一定定的效率率，假定定為855%，另另外因為為LEDD不可能能采用透透明泡殼殼，而只只能采用用乳白泡泡殼。其其透光率率大約為為85%。二者者相乘等等于0.72。.考慮以以上因素素以后

4、就就可以得得出和白白熾燈相相當?shù)耐咄邤?shù)來。由由表中可可見，LLED22在同樣樣亮度時時大約可可以節(jié)省省10倍倍的功率率。有一一點需要要特別說說明的。就就是從目目前LEED球泡泡燈的光光效和散散熱來說說，它還還不可能能做到110瓦以以上，也也就是說說目前還還只有可可以取代代60-75WW白熾燈燈的LEED球泡泡燈。當當然PAAR燈就就另當別別論了（后后面將討討論）。2.外形要要類似 通常白白熾燈為為梨形的的，所以以LEDD球泡燈燈也應(yīng)當當為梨形形的。這這點是很很容易做做到。但但是白熾熾燈為全全玻璃制制品，LLED因因為要散散熱就很很難采用用全玻璃璃的結(jié)構(gòu)構(gòu)。下面面會詳細細討論LLED球球泡燈的的

5、結(jié)構(gòu)。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.重量要要相當，同同樣因為為LEDD需要恒恒流源和和散熱器器，所以以這也是是非常難難做到的的5.燈頭要要相同 中國過過去大都都是采用用卡口式式，改革革開放以以后大都都改用和和美國一一樣的螺螺口式。就就是美國國的E226或EE27。這這點也還還是很容容易做到到的6.電電源要相相同，都都應(yīng)該是是2200VACC（或美美國的1110VVAC），這這也是沒沒問題的的。二LEDD球泡燈燈的結(jié)構(gòu)構(gòu)LEDD球泡燈燈可以分分為外部部結(jié)構(gòu)和和內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)。我我們先來來看一下下它的外外部結(jié)構(gòu)構(gòu)。一個個典型的的LEDD球泡燈燈的外形形如圖1

6、1所示（這這是作者者最近在在美國硅硅谷Frryss電子商商店上看看到的最最大功率率的LEED球泡泡燈，價價$400）：圖1：LEED球泡泡燈的外外形這是一一個5WW的LEED球泡泡燈，全全長133cm，散散熱器長長5cmm，直徑徑4.55cm，泡泡殼長55.2ccm，直直徑5.5cmm，重量量1144克。它它大約可可以取代代45WW的白熾熾燈。其其外部結(jié)結(jié)構(gòu)主要要包括33個部分分，一個個是燈頭頭，二是是散熱器器，三是是泡殼。而而內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)則主主要是22部分，一一是恒流流驅(qū)動電電源，二二是LEED燈板板（包括括鋁基板板和LEED）在在內(nèi)（圖圖2）。圖2：球球泡燈的的構(gòu)成下面分別來來討論這這幾個部

7、部分的構(gòu)構(gòu)成。三球球泡燈的的電源因為球泡燈燈都是用用市電供供電，所所以電源源也必須須是市電電交流輸輸入的，英英文稱為為Offf-Liine，有有把中文文譯成離離線式是是很不恰恰當?shù)?，因因為英文文原意是是Froom LLinee的意思思，應(yīng)該該譯成在在線，但但又會和和網(wǎng)絡(luò)的的在線相相混，所所以不如如就直接接稱為市市電式電電源。球泡燈的市市電式電電源基本本指標如如下：1.電源基基本類型型：主要要分隔離離式和非非隔離式式兩種，那那是指負負載端是是否與火火線2220V隔隔離。一一般說，非非隔離因因為不需需要隔離離變壓器器，所以以成本低低，但要要求鋁基基板耐壓壓高，否否則散熱熱器就有有可能帶帶電。所所以

8、比較較不容易易通過安安規(guī)檢驗驗。隔離離式就比比較安全全，比較較容易通通過安規(guī)規(guī)，但成成本高。2.電源輸輸出功率率：因為為球泡燈燈的體積積大小必必須和玻玻殼的白白熾燈相相當，所所以散熱熱器大小小有限，目目前還不不能超過過9W。3.電源效效率：一一般隔離離式在880-885%左左右，非非隔離式式在900%左右右4.電源功功率因數(shù)數(shù)（PFF）：不不加PFF校正在在0.55-0.6,加加PF校校正在00.9-0.999左右右5.體積大大?。河捎捎谇蚺菖轃袅艚o給電源的的空間很很小，所所以體積積的限制制很嚴。下面來介紹紹幾種典典型的球球泡燈電電源。3.1非隔隔離式電電源下面是是一個采采用美國國安森美美NC

9、PP10114的非非隔離式式電源原原理圖（圖圖3）圖3：非非隔離式式電源原原理圖這個電電源的基基本指標標如下：圖4：NCCP10014LLEDGGT外形形圖其實這個電電源的核核心就是是一個恒恒流二極極管NSSI4550255，以確確保LEED恒流流在255mA。所所以它只只能用于于小功率率貼片式式的LEED。其其中外加加的集成成電路NNCP110144實際上上是一個個有源式式的功率率因數(shù)校校正（PPFC），可可以把它它的功率率因數(shù)提提高到0.99以滿足足美國能能源之星星的要求求。輸入入端的LL1,CC1,CC2是一一個防電電磁干擾擾EMII的濾波波器。它它的缺點點是非隔隔離，所所以2220V會

10、會直接加加到負載載LEDD上。其實假如不不要求功功率因數(shù)數(shù)的話，那那么采用用恒流二二極管(CRDD)的電電源方案案可以做做得很簡簡單（圖圖5）。圖5：最最簡單的的采用恒恒流二極極管的球球泡燈電電源這種電源的的功率因因數(shù)大約約在0.5-00.6之之間。因因為電路路簡單，所所以體積積可以做做得很小小，而且且成本很很低。3.2隔離離式電源源為了提提高安全全性，最最好采用用隔離式式電源，這這樣就多多了一個個隔離變變壓器，增增加了體體積、成成本，降降低了效效率。圖圖6是一一個采用用iWaatt公公司iWW36110的反反激式隔隔離電源源電路圖圖。其實實這個芯芯片和CCyprresss公司的的CY88CL

11、EEDACC02十十分類似似。圖6：采用用iW336100 的隔隔離式電電源的電電路圖其主要要技術(shù)指指標如下下表所示示：這個電電路還可可以自動動檢測墻墻上有無無可控硅硅調(diào)光器器，如果果有的話話就可以以調(diào)光，其其調(diào)光范范圍可以以從2%調(diào)到1100%。而且且最后采采用了PPWM調(diào)調(diào)光，調(diào)調(diào)光頻率率高達9900HHz，因因此避免免了閃爍爍。另外外由于采采用了準準諧振控控制使其其總效率率高達885%。它它還有一一個特點點是采用用變壓器器初級反反饋從而而取消了了光耦合合器件。它它的外形形圖如圖圖7所示示。其外外形是專專門為球球泡燈而而設(shè)計。圖7： iiW36610的的演示板板四球泡燈燈的散熱熱器球泡燈的

12、LLED通通常焊接接在一塊塊鋁基板板（LEED底板板）上，這這塊鋁基基板再和和一片圓圓形鋁散散熱板固固定，然然后再把把這塊鋁鋁散熱板板固定到到散熱器器外殼上上去（見見圖8）。圖8：LEED底板板如何固固定到散散熱器上上去圖中的鋁散散熱板上上可以看看出有精精加工的的痕跡。經(jīng)經(jīng)過精加加工以后后LEDD底板就就可以直直接固定定上去，否否則的話話，二者者之間會會有氣隙隙，需要要涂覆硅硅導(dǎo)熱膠膠以改善善導(dǎo)熱。球泡燈燈由于體體積的限限制所以以散熱是是一個大大問題。無無論是哪哪種散熱熱器都是是只能依依靠對流流和輻射射兩種方方法來把把熱量散散發(fā)到空空氣中去去，而這這兩種散散熱的能能力都是是和它的的散熱的的面積

13、成成正比。而而球泡燈燈的散熱熱面積可可以如下下計算。假假定其散散熱器可可以近似似為一個個截去尖尖頂?shù)膱A圓錐體。假假定大圓圓錐體的的高度為為H，直直徑為DD，而截截去的小小圓錐體體的高度度為h，直直徑為dd。圖9：截頂頂?shù)膱A錐錐體圓錐體的側(cè)側(cè)面積為為HDD/2，所所以截去去一個尖尖頂以后后的側(cè)面面積是HD/2-hd/2=(HDD-hdd)/22。假定定H=88cm，hh=3ccm，DD=5ccm，dd=3ccm，那那么這個個截頂以以后的側(cè)側(cè)面積就就是488.7ccm2，可可近似為為50平平方厘米米。而因因為大多多數(shù)散熱熱器都開開了溝槽槽，以增增加其散散熱面積積，開溝溝槽以后后所增加加的散熱熱面積

14、為為溝槽深深度g乘乘長度ll再乘22，再乘乘以溝槽槽數(shù)。假假定溝槽槽平均深深度為00.3ccm，長長度為55cm，溝溝槽數(shù)為為46個個，那么么開溝槽槽以后增增加的面面積為00.3xx5x22x466=1338. cm22?？傆嬘嬌崦婷娣e為1188 cm22。根據(jù)據(jù)經(jīng)驗數(shù)數(shù)據(jù)，每每瓦所需需要的散散熱面積積大約在在35-60 cm22。具體體要多大大取決于于環(huán)境溫溫度和允允許的升升溫。因因為球泡泡燈大部部分是用用在室內(nèi)內(nèi)，環(huán)境境溫度不不是很高高，所以以可以采采用355 cmm2/WW。所以以1888 cmm2的散散熱面積積可以散散大約55.3WW左右。不不過這只只是極為為粗略的的估計，可可以得到

15、到一個數(shù)數(shù)量級的的概念而而已。真真正的散散熱情況況還是要要實際測測定才可可以。日本的技術(shù)術(shù)在線拆拆解了幾幾種LEED球泡泡燈。并并實測了了其泡殼殼溫度，結(jié)結(jié)果如下下表所示示：因為為室溫是是相同的的，下表表 幾種種球泡燈燈的外殼殼溫度。圖中的球泡泡燈功率率從7.5W到到4W。溫溫升最低低的是44W球泡泡燈，其其外殼溫溫度為338度。溫溫升最高高的為東東芝照明明的7.2W球球泡燈，其其表面溫溫度高達達61度度。這是是因為東東芝的球球泡燈散散熱器沒沒有開槽槽溝的緣緣故。所所以不開開槽溝的的散熱器器，雖然然表面光光滑，外外形好看看，但其其散熱效效果會差差很多。而而表面溫溫度越高高，在同同樣的系系統(tǒng)熱阻

16、阻和功耗耗情況下下，LEED芯片片的結(jié)溫溫也越高高，LEED的壽壽命就越越短。由于球泡燈燈散熱器器面積的的限制，所所以很難難散熱超超過7-9W。根根據(jù)目前前的LEED光效效，它的的流明數(shù)數(shù)也就相相當于660W白白熾燈。隨隨著以后后LEDD光效的的逐年提提高，相相信會出出現(xiàn)同樣樣大小而而能取代代1000W的白白熾燈。散熱器器的材料料目前大大多數(shù)采采用鋁合合金，因因為成本本低廉，加加工容易易，而且且導(dǎo)熱性性好。但但是最近近出現(xiàn)了了很多絕絕緣的塑塑料散熱熱器和陶陶瓷散熱熱器，其其散熱效效果也不不差。因因為最后后的散熱熱主要靠靠對流和和輻射。而而對流完完全由其其形狀和和面積決決定。輻輻射則和和材料的的

17、輻射性性有關(guān)。各各種材料料的熱輻輻射系數(shù)數(shù)如下表表所示：由表中可見見，氧化化處理是是改進金金屬材料料的輻射射散熱的的重要途途徑。而而導(dǎo)熱塑塑料則不不需要任任何氧化化處理就就可以達達到極高高的輻射射系數(shù)。因因此只要要其外形形和金屬屬散熱器器一樣，那那么其對對流和輻輻射的效效果是和和金屬散散熱器的的效果是是相同的的。但是是其熱傳傳導(dǎo)性能能肯定不不如金屬屬，所以以整體散散熱效果果會差一一些。但但是如果果把它做做得盡可可能薄，再再加上一一層金屬屬的內(nèi)壁壁，就可可以把這這個熱傳傳導(dǎo)低的的不利因因素降至至最低?，F(xiàn)現(xiàn)在已經(jīng)經(jīng)有導(dǎo)熱熱系數(shù)大大于200 w/mk的的塑料，但但是其單單價比較較高。陶陶瓷散熱熱器的

18、情情況和塑塑料散熱熱器情況況一樣。只只是其導(dǎo)導(dǎo)熱系數(shù)數(shù)可以做做得更高高，當然然成本也也要高很很多。圖圖10是是上海龍龍茂微電電子公司司的6WW塑料外外殼球泡泡燈。它它的散熱熱器溫度度為677度。圖10： 一個個6W的的塑料散散熱器LLED球球泡燈塑料和和陶瓷的的最大優(yōu)優(yōu)點是絕絕緣，所所以即使使采用非非隔離電電源也容容易通過過安規(guī)檢檢驗。此外，為了了改善泡泡殼里恒恒流驅(qū)動動電源的的散熱，通通常都要要加入導(dǎo)導(dǎo)熱密封封膠，以以取代導(dǎo)導(dǎo)熱差的的空氣。還還有一種種方法是是在散熱熱器上打打孔，以以便空氣氣的流通通。但是是就會有有防水的的問題。五球泡燈燈的泡殼殼所謂泡殼就就是指前前面透明明的玻殼殼。在白白熾

19、燈中中，全部部都是由由玻璃做做成的外外殼，但但是在球球泡燈中中，雖然然也可以以用玻璃璃做前面面的外殼殼，實際際上也是是有這樣樣做的。但但是因為為LEDD球泡燈燈重量很很重，要要比白熾熾燈重55倍以上上，如果果用玻璃璃做的話話，掉在在地上，摔摔破的可可能性就就大多了了。因此此更多的的LEDD球泡燈燈采用塑塑料做泡泡殼，以以防摔壞壞。而且且LEDD球泡燈燈因為熱熱量都從從散熱器器散出去去了，所所以通過過泡殼的的光大都都是可見見光，很很少有發(fā)發(fā)熱的紅紅外線，所所以采用用塑料來來做泡殼殼也不會會由于過過熱而損損壞。但是塑料外外殼的最最大問題題是透光光率的問問題。因因為LEED存在在眩光的的問題，所所以

20、盡可可能采用用乳白色色的泡殼殼，以免免看到里里面的LLED燈燈珠。而而乳白色色的泡殼殼。其透透光率就就更成問問題了。所所以對于于用于LLED球球泡燈泡泡殼的塑塑料有以以下要求求：1.具有高高透光、高高擴散、無無眩光、無無光影；2.光源隱隱蔽性要要好（盡盡可能看看不到LLED燈燈珠）；3.透光率率達到990以以上；4.具有高高阻燃性性；5.具有高高抗沖擊擊強度；現(xiàn)在國國內(nèi)有一一種稱為為智光LLED光光學(xué)燈罩罩的據(jù)說說可以實實現(xiàn)所有有以上要要求（圖圖11）。圖11：各種LLED塑塑料泡殼殼（點擊擊圖表放放大）假如真的可可以實現(xiàn)現(xiàn)94%的透光光率，而而且還能能防眩光光，無光光影，那那么真的的是十分分

21、理想的的了。其其外觀圖圖如圖112所示示。圖12：智智光LEED光學(xué)學(xué)燈罩的的外觀圖圖六幾種品品牌LEED球泡泡燈下面列列出了幾幾種市面面上批量量生產(chǎn)的的品牌LLED球球泡燈的的實測結(jié)結(jié)果可以注注意到一一個600W的玻玻殼白熾熾燈重量量只有228g。要要比這些些LEDD球泡燈燈輕5倍倍左右。另另外表中中的發(fā)光光效率不不是LEED本身身的發(fā)光光效率，而而是指整整個球泡泡燈的發(fā)發(fā)光效率率，其中中包括了了電源的的效率和和光罩的的透光率率。所以以，要能能達到1100llm/WW的整體體光效還還有一段段路程要要走。七LEDD PAAR燈PARR燈實際際上是飛飛利浦公公司的一一種大功功率鹵素素?zé)舻囊?guī)規(guī)格，

22、飛飛利浦把把它稱為為“氯銨銨燈”。但但是這個個名字并并沒有得得到推廣廣。一般般稱為“筒筒燈”或或者“射射燈”。而而射燈主主要是指指那種具具有MRR16插插座的燈燈，所以以我們暫暫時還稱稱它為PPAR燈燈或筒燈燈。因為為要和這這種PAAR燈兼兼容，所所以大功功率LEEDPPAR燈燈就也采采用和PPAR燈燈相同的的尺寸。只只是結(jié)構(gòu)構(gòu)不同，瓦瓦數(shù)不同同，亮度度不同。飛飛利浦公公司的PPAR220、PPAR330和PPAR338的外外形圖如如圖133所示。而而相兼容容的LEED的PPAR燈燈，其外外形尺寸寸和他們們完全相相同（圖圖14）。圖113：飛飛利浦公公司的PPAR220、PPAR330和PPA

23、R338的外外形圖圖144 ：和和PARR20、PPAR330、PPAR338相對對應(yīng)的LLED筒筒燈采用LEDD以后，由由于沒有有統(tǒng)一的的規(guī)格，所所以具有有各種不不同的性性能指標標，現(xiàn)在在選擇其其中比較較典型者者和原來來飛利浦浦鹵素?zé)魺舻闹笜藰吮容^如如下表所所示。其中光強指指標二者者所用的的單位不不同，飛飛利浦采采用cdd（燭光光），而而通常LLED則則采用llm（流流明）。二二者的關(guān)關(guān)系如下下：（流流明）=4II（燭光光）。但但是因為為二者的的發(fā)射立立體角不不同，所所以無法法換算。只只能大致致說，鹵鹵素?zé)舻牡陌l(fā)光效效率大約約為177-333 lmm/W。而而LEDD的發(fā)光光效率在在1000

24、-1330lmm/W。約約比鹵素素?zé)舾?4-6倍倍。PAR燈和和球泡燈燈的結(jié)構(gòu)構(gòu)基本相相同，只只是體積積大一些些，瓦數(shù)數(shù)大一些些。因此此要求的的電源功功率也要要大一些些。 今今年2月月美國凌凌特公司司宣布了了一個用用于LEED恒流流驅(qū)動的的IC（LLT37799），它它可以驅(qū)驅(qū)動4-1000W的LLED，而而且本身身帶PFFC，外外置功率率MOSSFETT開關(guān)管，反反激隔離離式而不不需要光光耦合器器，外置置元件減到到最少，而而且還可可以用于于可控硅硅調(diào)光。圖15：可可用于高高功率LLED PARR燈的反反激式隔隔離型恒恒流電源源 這個電電路圖是是一個給給24瓦瓦PARR燈用的的演示板板的電路路圖。其其主要技技術(shù)指標標如下：它的演示版版的布置置圖如圖圖16所所示。具具體應(yīng)用用時當然然也可以以設(shè)計成成圓形。圖16：LLT37799的的演示版版這個市電恒恒流源因因為功率率大，而而且可以以適應(yīng)44-1000W的的寬功率率范圍，所所以一定定是采用用外置MMOS開開關(guān)管，而而且也因因為功率率大，所所以要求求采用功功率因數(shù)數(shù)校正（PPFC）。對對于不同同的功率率，除了了要選擇擇不同的的MOSS管外，還還要求選選擇不同同大小的的變壓器器。變壓壓器加大大了整個個恒流源源的體積積和重量量，降低低了效率率。但是是這是為為隔離市市電所必必需的。八LEDD球泡燈燈的市場場