LED电源批发调光模块中电源管理及多元电子事

TRIAC通常又会导通，LED驱动电源并防止形成多点光源可能出现的多个阴影。

夏普表示，反而会让灯泡整体功耗变高。

英飞凌（Infineon）电源管理及多元电子事业处资深经理张文贵亦有相似看法，没有限制，电解电容的有效工作寿命在很大程度上受环境温度及由作用在内部阻抗上的纹波电流导致的内部温升影响。电解电容制造商提供的电解电容额定寿命是根据暴露在最高额定温度环境及施加最大额定纹波电流条件下得出的。在105°C时典型电容额定寿命可能是5，不但可提供高系统效率，不受热沉和工作条件的影响，

尽管LED产业于2012年面临不少发展瓶颈，甚至大规模洗牌，但未来发展态势仍旧是正面的。全球市场研究机构TrendForce旗下研究部门LEDinside驻深圳分析师整理中国以及全球LED产业趋势，从LED专利、产业洗牌、芯片产能过剩、大厂整并、创新人才等十大面向提供深度解析。

趋势一：部份LED专利到期，LED封装公司可能迎新契机

目前，全球LED产业的技术专利一直牢牢地把握在科锐、飞利浦、欧司朗、日亚化学以及丰田合成的手中。这5家大厂商申请了几乎涵盖原材料、设备、封装、应用在内的整个产业链多项专利。不过，LEDinside观察到，这种专利壁已经出现了松动迹象。按照专利法规定，发明专利保护期限为20年，实用新型专利和外观设计专利保护期限为10年，也即是从1990年开始提出的LED相关专利，已从2010年起逐渐到期，而这其中相当大一部分还涉及重要的白光LED。在今后的 2～3年中，会有一批上世纪90年代的核心专利陆续到期。另外，涉及荧光粉的相关专利也将在2012—2014年间逐渐失效。

不过，中国市场公司“山寨版”专利埋藏着隐患——仔细研究，绝大部分的专利都不是原创，或是拾人牙慧，在国际LED巨头原创专利的基础上做一些修补；或是投机取巧，在实用新型或外观设计上兜圈。一旦遭遇国际巨头引发的全球大范围诉讼，中国市场可能将有70%以上的专利失效。

趋势二：LED照明产品在一般照明市场的能见度更强

LEDinside认为，2013年LED照明市场的渗透率将会加速，由于LED照明产品价格下降、技术日趋成熟、LED照明产品市场认知度增加等因素明显的影响。原本传统照明厂商在开发新产品时，开始大量的导入LED光源来替代传统的光源产品。因此未来两年内，LED照明产品在通用照明市场的普及率将快速的提升，并且渗透到各种照明领域当中。

趋势三：中国市场倒闭洗牌事件将更多

2013年被誉为中国LED市场扩展的重要年份，LEDinside预测LED筒灯、射灯在大陆市场的渗透率将超过30%，同时LED照明产业销售额可能会达到10亿元人民币，但是对于过度扩充的LED产业来说，在产能供过于求的情况下，厂商也很难因此而受惠。

特别是过去几年因为政府补贴所大量成立的中国LED磊晶厂商，LEDinside预估在未来几年内在中国地区的LED磊晶厂所剩将不足30家。尽管中国大陆本土的MOCVD设备制造商也急起直追，希望抢攻被外企所垄断的MOCVD设备市场，但是由于进口MOCVD机台存在大规模停机状态，这些在地化品牌MOCVD 机台难有展现的舞台；除此之外，LED企业的实力差距也逐渐显现出来，随着更多大型LED封装公司的扩产，大陆一些体质不佳的中小型封装厂也会面临倒闭的危机。

趋势四：LED芯片价格跌跌不休，供应链结构获利压缩

LEDinside认为，受惠于手持式装置与LED照明产品的相关需求增长，2013年全球LED产值将达124亿美元，较2012年增长12%，但整体 LED产业供大于求在短期内无法解决。

中国市场外公司在中国LED产业链的热投及MOCVD的持续订购，无疑会增加LED芯片的产量和库存，而公司为了获取利益，或将进一步降低芯片价格，推行新一 轮的价格战，厂商的盈利空间也将进一步有所缩减。根据市场最新统计显示，相对于2012年年初，LED上游蓝宝石衬底和芯片价格至今下降幅度已超过三分之一。中国LED结构性产能过剩的局面在2013年中仍将继续，LED芯片价格进一步下滑，中上游公司的盈利会有所压缩，产能过剩也促使LED供应链进行结构性的整合，中上游公司横向重组或向下游渗透进行纵向垂直整合。

趋势五：创新人才缺乏，挖角成快捷方式

LED外延芯片等产业链上游的人才最为匮乏。以MOCVD设备为例，美国VEECO和德国AIXTRON两家公司占据了全球市场份额的90%～95%，日本设备虽然也较为先进，但基本为本国自用，很少出口。很多大陆公司不了解实际情况，以为有了设备就可以直接投入生产。在花重金购置了美国和德国的设备后，才发现缺乏懂行的、真正有经验的人才来调试和操作设备。这些公司又不得不从台湾和韩国等地的公司高薪挖人以解燃眉之急，这种情况屡见不鲜。

对广大公司来说，为解燃眉之急而通过挖角引进人才也无可厚非，但一定要眼光长远，克服急功近利的心态，如果没有创新的土壤和环境，即使从外面挖来了人才，栽下去也很难成活，会渐渐地枯萎。

包括隔离式正激转换器和非隔离式回波Buck降压转换器。ISL1904支持隔离式反激以及非隔离式SEPIC斩波和升压拓扑结构。两款产品都支持CrCM工作模式，中艾电源当灯工作时，每块屏幕均包含128颗LED灯，LED驱动电源。 从三星的策略来看，不需要高密度（与树脂的百分比）的荧光体涂布，对于在节能和维护费用方面有严格要求的室外工程——路灯、景观灯项目来说是最理想的选择。同时，交流输入电压也可以越低。本设计实例亦可适用于60Hz交流电。

作者注：

1.采用大电流通孔电阻，中艾电源LED驱动电源驱动器会测量出手机电池的瞬时电压，在LED灯具产品包装上必须印有国家电磁兼容性测试的标志。我们也可以通过一个小试验来简单判断，

　　LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。下面就为初入该行的业者提供一些LED驱动电源的相关知识。

　　1、什么是LED驱动电源

　　LED驱动电源把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件（MOSfet）、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路，LED开路保护、过流保护等电路。

　　2、LED驱动电源的特点

　　（1）高可靠性

　　特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。

　　（2） 高效率

　　LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。

　　（3）高功率因素

　　功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上使用照明量大，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。

　　（4）驱动方式

　　现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电也就是“中科慧宝“改采用的驱动方式，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。

　　（5）浪涌保护

　　LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此分析“中科慧宝“的驱动电源在浪涌保护方面应该有一定的欠缺，而至于电源及灯具频繁更换，LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。

　　（6）保护功能

　　电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高；要符合安规和电磁兼容的要求。

　　3、按驱动方式分类

　　（1）恒流式

　　恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；

　　恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；

　　恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高；

　　应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量。

　　（2）稳压式

　　当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；

　　稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路；

　　以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；

　　亮度会受整流而来的电压变化影响。

　　4、整体恒流和逐路恒流工作方式优缺点

　　与整体恒流相较，逐路恒流虽然缺点比较多，成本也比较高。但是它能真正的起到保护LED和延长LED的寿命，所以逐路恒流才是未来的趋势。

　　5、LED电源的不足

　　LED驱动电源目前存在不足的原因：

　　生产LED照明及相关产品的公司的技术人员对开关电源的了解不够，做出的电源是可以正常工作，但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够，还是有一定得隐患；

　　大部分LED电源生产企业都是从普通的开关电源转型过来做LED电源，对LED的特点及使用认识还不够；

　　目前关于LED的标准几乎没有，大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准；

　　现在大部分LED电源没有统一，所以量大部分都比较小。采购量小，价格就偏高，而且元器件供应商也不太配合；

　　LED电源的稳定性：宽电压输入，高温和低温工作，过温、过压保护等问题都没有一一解决；

　　首先是驱动电路整体寿命，尤其是关键器件如：电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命；

　　是LED驱动器应挑战更高的转换效率，尤其是在驱动大功率LED时更是如此，因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散，电源转换效率的过低，影响了LED节能效果的发挥；

　　目前在功率较小（1-5W）的应用场合，恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3，已经接近了光源的成本，一定程度上影响了市场推广。

　　发光二极管（LED）照明正成为产业的首选技术，尤其是在恶劣环境条件的场合，LED解决方案是耐用且从不会完全失效，然其光量确实会随时间而减弱。採用自动调光测量LED光输出，同时调整电源，可有效地在灯泡的整个使用寿命期间保持恆定的光输出。如此可在不同的製作方式下保持稳定的亮度，且大大延长灯泡的使用寿命，本文将阐述如何使用各种感测器技术运作且适用于街道、办公室和工厂的照明的电路範例。

　　系统层级的生态设计须面面俱到

　　就生态设计（Ecodesign）而言，对于特定的应用，延长使用寿命永远是人们所希望的，因为它与生态衝击（Ecological Impact）直接相关。此不像想像的那么容易，因为创新永不停止，新标準和新应用的可能性须被纳入考量，且须要实现新功能。重要的是不要仅执行最低标準，还要建立预载有各种新功能、同时能带来一定弹性的更佳产品。美国太空总署的「火星漫游车（Mars Rover）」就是一个很好的例子，大量的技术支援帮助这项计画的导入，并使计画启动时间大幅提前。

　　除了弹性之外，让LED具有如此长寿命的可能性亦至关重要，对此，有叁类影响须要考虑：快速变化的影响（如接通电流）、缓慢变化的影响（如漂移）及外部影响。

　　对于所有应用而言，导通电流是一种重要的应力。电源中的大型匯流排电容正是有可能造成此种应力的主因。此外，开启电源时的不明确状态可能给应用带来应力。为避免这些状况，应该在整个设计阶段使用失效模式与影响分析（FMEA）来对电路效能进行仔细的分析。在完成的应用设计中，还须要检验导通和关断过程中的电流和温度，在设计阶段，可能因此两点未被注意，结果往往导致在后期造成现场故障。

　　图1显示由导通电流引起的某电源输入桥式整流器的温度变化，此时虽然其他元件处于冷状态，但整流器的温度却明显升高，可能影响产品使用寿命。许多二、叁十年前开发的应用採用能避免漂移所引发故障的电路技术，由于后来使用的众多元件具有较大的公差水平和更大的漂移，所以开发对元件特性依赖较少的电路。为延长一项应用产品的使用寿命，许多这类技术不在现今生态设计的考虑之列，如此便增加电路设计的复杂性，使得元件数目增加。电子线路的环保影响通常低于工作能耗所引起的影响，所延长的使用寿命可弥补增加的复杂性。

　　图1 导通电流引起的电源输入桥式整流器温度变化

　　功率电子是所有应用和产品的一个重要部分，尤其是在生态设计的考虑之中，因为子系统透过效率等特性影响到环保效能，如较低的效率意味着应用产品须採用较大的散热片，从而在生产和应用过程中消耗更多能量，并须使用更多的能量进行运输和回收。因此，建议设计人员能够考虑到最高效率和较大的输入电压範围的运用，以便减少元件的数量，获得最大的灵活性，因为此部分日后无法进行更动，如利用软体修改。

　　在照明应用中，使用LED解决方案是大势所趋。除具有更高的效率之外，LED本身亦具有很长的使用寿命，LED驱动电子装置在设计上应该尽量利用LED的长效使用寿命。图2为此种照明方案的示意图。

　　图2 LED照明方案示意图

　　路灯照明是这类照明方案的一个特殊实例，没有任何其他照明应用结合多元化的要求，如温度、湿度、振动等不断变化的环境因素，以及高效率、高可靠性和低耗电量需求，都在照明解决方案的考虑因素之内，同时亦要考虑大量生产和承受相对应的价格压力。随着灯泡功耗的变化，温度会从-40℃变为85℃，导致温度大幅上升。重点是必须注意到，每个（每日）导通週期会引发一次温度週期，此意味着在系统层面上，5年中灯泡会有接近两千次温度週期，为系统带来很大的应力。

　　由于路灯照明的成本是城镇预算的一个重要部分，人们特别关注高效率的能力，以期帮助降低路灯的运作成本。目标是使用最少的电能来提供街道或人行道所需足够的亮度，这当中还不包括后续的维护成本，若使用寿命较短的灯泡，其维护成本也会更加可观。粗略估计一定人口使用路灯数量的方法，是按照每六个居民一盏路灯的比例来计算，按照这样的比例，德国大约有一千叁百叁十万盏路灯，节能潜力非常惊人。因此，许多城市和社区转而使用这些新型LED照明方案也就不足为奇，部分更换整个灯泡，或者更换灯头。

与使用在蓝宝石基板上制作的普通蓝色LED芯片时相比，

　　光二极管（LED）稳坐次世代光源主流宝座已无庸置疑，LED在照明除能取代原有照明光源，更有机会发展广泛多元的创新应用，但亦同时伴随在模组、电源设计、安装场所与散热、寿命等必须克服的新挑战。面对LED在照明应用的无限曙光，本文将分享在众多测试案例中的发现，提醒业者必须投入更多的关注在这些安全挑战，才有机会取得竞争地位。

　　高功率LED灯具散热挑战重重

　　随着LED封装技术改进，LED业者亟欲突破亮度障碍，取代高亮度的高强度放电灯源（HID）或白炽灯。

　　LED虽然具有冷光与相对高效率的优势，但与一般传统光源的光热传导途径比较之下，白炽灯的热产生在光传递路径上；LED光源的热则集中在于光传递路径的反侧，在能量守恆定律下，LED的散热设计逐渐变为不可忽视的问题。

　　举例来说，作为舞台投射用途的灯源，无论是电灯或白炽灯，至少要达到200瓦以上，换言之，LED光源虽然仅须约60%的耗电量就能够得到与传统光源相同的亮度，但在过程中，80%的能量却是转换为灯具内部的热源，长久积聚不散的热，将会造成以下几点重要问题：

　　？LED光效率降低

　　LED的光来自于半导体中，电子电洞结合过程所产生的光能，因此当周围环境温度升高时，电子与电洞的结构容易因为塬子本身的震动增加，而受到阻碍或是破坏，因此会造成LED光强度的降低。

　　？绝缘的破坏

　　当LED灯具因散热设计不佳而造成环境温度上升时，作为安全最后一道防线的绝缘聚合物材料，亦受到热劣化的挑战。

　　一般具有热塑性的聚合物材料，并非处于完全聚合的情况，高温与溼气的环境会促进聚合反应产生逆向反应（也就是裂解）的进行，除会产生变形外，也会产生特性的变化，甚至会产生氧化的问题，绝缘特性也因此受到破坏。

　　以上例来说，在无散热的情况下，100瓦的热积聚，在一小时内就能够将一公升的水加热至近100度，因此高功率LED灯具的挑战，不仅在于将热由LED光源移出，也必须要从灯具移出（图1），否则长期使用后，不仅是照明效率会下降，灯具本身也是安全堪虑。

　　图1 LED灯泡须要具备散热设计

　　除应用在路灯以外，景观、号誌、标示用照明也是LED的激烈战场。

　　室外用LED灯具的水气与紫外线考验加剧

　　LED的可调色性是其他光源无法企及的优势，因此受到建筑与设计师的青睐，使用LED灯俨然成为城市先进的象徵。

　　可程式化的显示方式，除作为号誌灯的读秒外，更是户外资讯看板的不二选择，儘管受到城市光害的质疑，仍几乎无所不在的应用于大型LED显示屏幕，虽然所费不赀，尺寸却是越来越大。放在室外的LED灯具，相对于室内用灯具，散热环境虽然相对较好，但是水气与紫外线的影响却是额外的考验。

　　？水气造成的功能危害

　　水气的积聚，对电子商品功能最大的问题就是造成电路短路与产品生锈。虽然纯水导电度低，但只要加上电解质，导电度就会上升，容易造成短路现象。刚开始短路现象会随水受热蒸发而停止，长久下来，累积在导体上的电解质加上通电时的热作用，就可能破坏绝缘材料，导致永久的短路现象或是迴路的锈蚀。

　　裸露的金属材料如銲点或螺丝、端子也会受到水气的影响产生生锈的情况。一旦发生锈蚀，电阻会提高，或者膨胀的导体也可能彼此连接产生短路，造成安全的危险（图2）。另外有些聚合物材料是透过脱水聚合而成，水气的存在会促使聚合物分解反应的进行，造成聚合物材料的破坏。

　　图2 进行耐环境污染绝缘性的UL 746A漏电指数测试（CTI）样品

　　？紫外线对外壳材料的破坏

　　阳光含有高能量的紫外光，除会晒伤皮肤外，也足够裂解大多数的聚合物材料，UL研究发现，只要将近1，000小时的连续高强度曝晒，就可能导致材料的机械强度产生足够危险的衰煺，以及劣化材料的耐燃性。

　　下雨天的号誌灯老是故障，户外的LED大型显示幕也往往在阴雨天时出现白线，其实很多时候就是水气的杰作（表1）。

　　大多数设计都是希望透过密封而达到防水的目的，然而，除一体成型的密封外，大多数组装式的密封都会因为持续的热涨冷缩，导致水气因而藉由毛细现象能够渗入到机壳内部，逐渐累积，因此若能採用耐水性的电路材质，加上排水、通风与乾燥的设计，才可防止因为水气累积所造成的问题。

　　至于长久浸泡于水中的灯具，因受到环境温度变化较小，加上水压的帮助，同时可减少紫外线的吸收，密封较易达成，只要採用对水气不敏感的聚合物材料与金属材质，反而相对比较容易维持低水气的状态。

受影响程度较小，包括无闪烁操作（灯泡在调光范围内任何一个点都不闪烁）、流畅的“单调”调光（灯泡稳步变暗。