LED路灯技术与高压钠灯的分析比较.doc

LED路灯技术与高压钠灯的分析比较最近听到不少专家学者的意见，认为LED作为路灯来取代高压钠灯在技术上还不成熟。主要的理由有以下几点：1LED的发光效率无法和高压钠灯相比2LED的照射过于集中，其照射的均匀度差3LED路灯的长期光衰严重，寿命不长4LED发光量不稳定（短期光衰），会随时间、季节变化5LED路灯本身自重过重，不利于安装，防风。6LED路灯造价过高，无法普及。当然，所有这些都是根据国内很多试验线路的使用经验得出的。是有一定依据的。但是国内的试验线路的性能，能不能代表LED目前的状况是值得探讨的。1.发光效率问题目前来说，LED的发光效率从数字上来看的确不如高压钠灯。目前LED在6575流明/瓦，而高压钠灯可以达到125流明/瓦。但是，高压钠灯的光谱比较集中于黄色，它的色温比较低只有20002500oK，而LED的色温较高，可以达到35004500以上。另外高压钠灯的光线是向四处发射的，有很大一部分光无法到达路面。还有，高压钠灯的显色指数差，只有20到40，感觉昏暗；而LED的显色指数高，可以达到7580。所以路面明亮，感觉舒适。所以从实际的发光效果来看，LED反而可以比高压钠灯高出很多。100W的LED可以取代250W的高压钠灯，或300W的水银灯。100W的LED，其输出光通量大约只有6250流明（经过二次光学设计，会有所损失），到达路面时的流明数仍为6000流明，而路面的平均照度可以达到16Lux（12m高杆）。250W高压钠灯的输出光通量为20,000流明。但到达路面的流明数就只有7000流明。路面的照度大约为3040Lux，由于显色系数的差别，LED的照度修正系数为2.35倍，高压钠灯的修正系数为0.94倍。所以100W的LED经过修正以后地面的照度为37.6Lux，而高压钠灯的修正后的照度为28.2-37.6。二者相当。所以，100W的LED可以取代250W的高压钠灯，LED可以节能2.5倍。2照射均匀度问题的确，如果不进行二次光学设计，LED的照射是比较集中，所以一定要进行二次光路设计，使其光强呈蝙蝠形。所以这个问题是很容易解决的。3LED的光衰问题现在有的商家，为了降低成本，就采用几百只5的小功率LED。然而这种小功率的LED的光衰是非常严重的，按照其光衰至80的寿命只有1000小时。所以，作为需要长期使用的路灯是绝对不能允许采用这种小功率LED的。作为大功率LED，其光衰就要好很多。然而国内不少厂家也还是只能做到10000小时下降10。远远不能满足使用要求。实际上，LED寿命问题主要是由于长期在高温下工作而形成的问题。在不同结温时的寿命如下图所示：当结温从115提高到135，就会使寿命从50,000小时降低到20,000小时。目前来说，在LED的发光效率还没有提高到极高的程度，还只能尽量改善其散热来延长LED的寿命。台湾的一家光炬科技有限公司（Light Torch Technology）已经很好地解决了这个问题。他们采用了回路热管（LHP）冷却技术来散热。采用了回路热管散热技术可以把LED的结温降低到65，这就大大地提高了LED灯具的使用寿命。他们经过了3年实际测试表明，在每天工作12小时，其光衰小于3。预计在工作十年以后，其光衰只有20。这就基本上解决了寿命的问题。4LED发光量的稳定问题这个问题实际上是由电池放电的降压和LED的温度特性造成。通常蓄电池的放电过程大约有10以上的压降。对于一个1W的LED，假如正向电压从3.4变到3.1V，其正向电流将会从350mA降低至100mA。即改变250mA。其输出光通量将会降低60左右。此外，通常LED的伏安特性具有负温度系数，大约为2mV/。如果环境温度变化50，那么正向电压就有可能变化0.1V。对于一个1W的LED，其正向电流就有可能变化100mA,即从350mA降低至250mA。而其发光量也会降低20。相当于随温度变化的光衰。为了彻底解决这个问题，就必须要采用恒流芯片来保持LED的正向电流不变。PAM2842是一种可以供给30个1瓦LED的恒流控制芯片，它可以在不论是由温度变化还是由电池放电所引起的电压变化情况下，保持LED的正向电流在3以内。也就是可以保持其短期光衰在3以内。5LED灯具的自重问题的确，目前，大部分厂商所生产的LED灯具，其自重极重，通常都超过10公斤。这样大的自重往往会使灯杆不胜负荷，降低了其抗风能力。这主要是由于采用了巨大的散热器而造成的。同样假如采用热管作为散热器，就可以大大减轻其重量。光炬科技公司所生产的100W的LED灯具（LT100W2），其自重只有5.5公斤.而能够完全取代250瓦的高压钠灯。因为其自重很轻，所以可以采用12m高杆，因为采用蝙蝠形的二次光路，其照射范围可以达到66m。6LED灯具的造价问题目前由于LED本身的单价比较高，所以整个LED的成本比较贵。但是，由于LED在技术上的进步很快。其成本降低也很快。现在1W的LED单价大约在8元人民币左右，100个也只不过800元。整个灯具的单价会在2000元左右。而太阳能灯具的单价也可以控制在4500元左右。其实对于LED灯具，不应该只考虑其单个灯具的单价，而应该考虑其整条线路的工程投资，不应该只考虑其初始投资，而应该考虑其营运投资。假如采用太阳能路灯，那么其每年的节省远远超过其初始投资。下面举一个例子来说明：假定普通高压钠灯每个单价为1500元，而太阳能100瓦LED灯具每个单价13,500元。假定其照射范围可以达到66米。那么对于3公里、5公里和10公里这三种不同的距离，我们来比较一下它们的初始投资（灯具），架设成本（只考虑电缆，还没有考虑变压器）和营运成本（电费）。其结果如下表所示：所以，五年下来，采用太阳能LED路灯，可以节省总开支分别为1.78万、33.4万、和246万元。其节省是十分可观的。 所以，综上所说，LED路灯在技术上的关键问题就是要采用回路热管散热和采用恒流芯片稳流。希望国家应当把它制定为标准。这样LED路灯就可以大面积推广了。道路照明用高效LED的可靠性研究1. 引言近年来，在户外照明领域，新型LED路灯正引起众多产业界和投资者的关注，全国有数百家企业推出了各自的LED路灯产品，几乎各个城市都有或多或少的LED路灯已经安装到城市的干道上。然而在众多的产品序列中，良莠不齐，一些产品仍欠完善，其中问题最大的是LED路灯的整体可靠性。LED道路照明系统不同于传统照明灯具，相对要复杂得多，影响整体可靠性的因素也多。参见图（1）。在研究其系统可靠性时必须考虑其固有的特点。1）光源模块本身的技术指标受多种因素的制约2）光源模块的参数离散性很大3）器件可靠性对散热的依赖性极大4）LED的驱动电源设计寿命远落后于LED光源在众多因素中，LED发光器件本身的性能指标无疑是决定灯具光效、寿命等性能的最主要部件，也是目前最受人关注的研究方面。为了改进性能和提高可靠性，我们对影响LED发光器件可靠性的主要因素进行分析研究，初步探讨了LED光源的失效机理。2. LED芯片的固晶热阻分析固晶热阻是芯片与基座间的固晶层引入的热阻，对芯片的散热效果有很大影响，是总的封装热阻的主要组成部分，目前对不同材料的固晶热阻的分析一直停留在数值仿真阶段。现有的热阻测试设备并无法区分各部分引入的热阻，而实际工艺中往往需要对固晶热阻进行评价，为此，我们从前向电压法出发研制的动态结温测试方法，能有效地分析固晶层热阻的新方法。目前遇到的很多类固晶材料，这些材料的热导率从0.260 W/Km不等，使用不同材料封装时引入的固晶热阻不同，为了研究固晶热阻随热导率的变化关系，我们对一个简单模型内的固晶热阻做了数值仿真分析，忽略芯片自身的温度梯度，结构为1x1x0.1mm的1W LED芯片固晶于30x30x5mm的铝基板上，环境温度为20，固晶层厚25m。固晶材料热导率为18W/K.m时，通过专业热仿真软件仿真得到芯片及基板局部温度分布如图2所示，芯片温度为54.06，基板温度为52.77，此时固晶热阻为1.29 K/W。设置固晶层材料热导率从260 W/K.m 变化，仿真得到固晶热阻如图3中曲线变化。图 2 热仿真温度分布图图（3） 固晶热阻随固晶材料热导率的变化（固晶层厚25微米）可以看到固晶热阻与固晶材料的导热率有关，固晶层厚度为25微米时，固晶材料的热导率增大时固晶热阻不断减小，在材料热导率达到22 以上时，热阻小于1 ，之后热阻随材料热导率的增加变化不如前期明显。然而在实际的封装参数测试中，会发现期间的封装热阻比理论计算值要大许多，这其中的原因一是固晶材料的导热率实际值与厂家给出的额定值有偏差，例如用银胶固晶，此偏差与银胶材料的保存、涂覆、固化工艺有关。另一原因是固晶厚度的控制远非理想情况。一般来讲，固晶热阻与固晶层厚度成正比关系，因此基座材料的表面平整度，胶体固化后内部的微气泡、杂质，厚度的偏离多会造成固晶热阻的上升。为考察实际固晶层的质量，对一批相同工艺、相同材料封装、不同热阻参数的LED器件解剖分析。图5和图6是其剖面图，银胶的导热率约为12 。由图可见固晶层的实际厚度在同一批次的产品中都会有不同的数值，且差距不小。图（4） 固晶层剖面图（固晶层厚15微米图（5） 固晶层剖面图（固晶层厚60微米）图（4）所示的固晶层热阻小于1.25K/W，而图（5）所示的固晶层热阻达到5K/W以上，这还只是理论的计算，实测其热阻值会更大。这类LED器件在路灯中使用无疑将对整灯系统的寿命产生不利影响。由此可见，在选择固晶材料时需要综合考虑热导率及固晶层可以达到的最小厚度，而封装工艺则需考虑如何保证固晶层尽可能地薄，并且能保持一致。因此目前一些固晶材料（如Sn80Au20）不仅热导率很高，由于使用共晶焊工艺，固晶层厚度也比传统的银胶薄，散热效果要好于传统银胶固晶。3. LED的可靠性分析发光二极管的失效表现为突变失效和缓变失效，突变失效主要由静电击穿、金线断裂、固晶材料老化等引起，缓变失效的原因比较复杂，包括荧光粉及芯片的物理失效。在功率型发光二极管应用中，影响寿命的两个主要应力是温度和电流，因此本试验中利用温度和电流两个应力分别对器件进行加速老化，分析寿命分别和温度、电流的关系。只考虑温度时可以使用Arrhenius模型 。，其他电流下的寿命也可由表达式推出。c加速老化试验可以选择温度或电流加速老化，温度加速老化时，选择两个以上不同温度T1，T2进行老化试验，得到两个不同温度下的寿命，根据Arrhenius模型中寿命与温度的关系可以拟合得到反应的激活能Ea及系数A，由此可以推断出其他温度下的寿命；电流加速老化时同样在相同温度下选择两个以上不同的电流I1，I2进行试验，拟合得到系数B及指数我们对2批不同的大功率LED进行了加速老化测试，在不同应力条件下，光通量的衰减速率不同的，根据反应速度论模型的分析，光通量将以指数形式衰减，衰减速率为反应速率为R（T，S1，S2，），以定义的寿命，定义光通量衰减至70%的时间为发光二极管的寿命，根据拟合的衰减曲线可以推断出不同温度下发光二极管的寿命。表格 1 不同应力条件下LED的寿命对不同结温下的寿命数据进行指数拟合，可以得到寿命随温度的变化曲线：，可以得出这类发光二极管的性能退化的激活能Ea为1239K，并且可以预测其他温度下发光二极管的寿命，如T=30时寿命小时。4. 结论芯片的固晶技术是LED封装的一个重要方面，固晶质量对散热性能有很大的影响，不同的固晶材料由于热导率不同，而采用合适的工艺，保证固晶层的厚度也显得尤为重要，同时正确地对封装热阻的测试技术也是提高大功率LED封装质量不可或缺的手段。对通过一定外加应力情况下老化，得到了不同应力下功率型发光二极管的寿命，应用反应速率模型推断出发光二极管的寿命随温度或电流的变化，对于预测不同种类和质量的LED的寿命是一个较为可靠的参考。实用电源设计Q & A系列之四面向固态照明应用的高功率LEDQ1：功率LED和现在我们使用的传统光源相比效率如何？A1：自从上个世纪60年代LED问世以来，LED的发光效率不断提高，功率LED发光效率已经达到了50-70流明/瓦，现在普遍采用的传统光源，例如荧光灯，发光效率为50-70流明/瓦，白炽灯为15-20流明/瓦，露宿灯为25-30流明/瓦，从以上参数看，功率LED发光效率比传统光源更具优势和发展潜力。Q2：路灯应用方面应该选择怎样的方案：请从价格、可靠性、光效等方面予以解释。A2：LED应用于路灯是一个崭新的应用，路灯通常有10几米高，亮度要达到几千流明，也就是说在一定的高度和区域，其照度和亮度要达到一定的要求，所以选择高亮度和高发光效率的LED是必须的，因此会间接的节约LED的成本。举例来讲，使用高亮度和高发光效率的LED和使用低亮度低效率的LED相比，在生产成本和产品成本方面有很大的区别；第二，LED具有高效、节能、安全、可靠的特点，因为路灯的使用寿命要求很长，要达到这一要求，高可靠性、良好的光衰减特性是确保路灯的长寿命、降低生产成本和维护成本的关键条件，因此LED应用于路灯必须具备高光通亮、高可靠性和良好的光衰减特性。至于价格方面，LED应用于路灯以太阳能居多，LED的成本与路灯的成本相比并不是影响总成本的组成部分，所以目前LED的价格与路灯的成本之间并不存在什么障碍。Q3：什么是功率LED？A3：功率LED是指电流比较大的LED，通常把输出功率大于0.5W的LED叫高功率LED，从工作电流衡量，我们把大于550毫安的LED称之为功率LED。Q4：能列举一些功率LED作为主要光源被应用于照明领域的例子吗？A4：目前高功率LED在市场上应用越来越广泛，LED应用于照明方面实例非常多，比如便携式产品中的路灯和手电筒，路灯每年的销售量和产量达到700万，大多数的矿灯已经完全采用LED光源，在手电筒的应用中，部分采用了大功率的LED。除了便携式产品之外，在景观照明、户外照明和特殊照明方面也采用了高功率的LED作为照明光源，例如洗墙灯、草坪灯、市内气氛照明、市外环境照明、建筑物照明等等，可以看出功率LED在不同领域已经有不同的应用。总体来说，在便携式的产品里应用已经很普遍，在景观照明和户外照明方面开始有大的发展，预计不久的将来，LED也会逐渐走进通用照明，比如市内照明而代替目前的白炽灯或日光灯管。Q5：什么时候我们有望看到功率LED被广泛应用于照明领域？A5：根据赫兹定律，LED发光效率每10年会增长20倍，成本将降低到原来的1/10，所以预计在2010年LED将完全取代传统光源，广泛应用于通用照明市场。Q6：LED与传统光源在那些方面相对应更具环保性？A6：电能的产生通常是通过燃烧煤或燃油等燃料转化来的，燃料在燃烧过程中产生二氧化碳有害气体而导致温室效应，作为LED尤其是高功率LED，因其高效节能的特点被应用于照明系统将会有效的减少能量消耗，减少有害气体的排放，从而减少温室效应，另外和日光灯管相比，LED内不包含汞等有害金属元素。Q7：MCU在固态照明应用上会扮演何种角色，相关应用的市场需求如何，哪些是必备的功能？A7：MCU在LED应用方面是需要的但不是必须的，不管是小功率LED还是大功率LED，都需要LED驱动器，也就是LED Driver,在许多应用中，比如便携式产品应用，往往需要LED驱动器而不采用MCU，之所以这样做是因为便携式产品结构简单，而MCU只是信号处理和数据存储，LED则需要大电流驱动，MCU不能直接驱动LED，如果采用MCU就必须采用LED驱动器，所以在便携式产品和简单的LED应用中不会采用MCU，但并不是说MCU在照明领域没有用武之地，在系统照明设立，比如有灯光亮度调节和颜色调节的产品里MCU是不可少的，随着LED技术的不断成熟，LED将越来越多的被更多领域接受和采用，MCU也会被很多照明领域采用。Q8：高功率的应用前景的确广泛，合理的销售价格才是大规模应用的基础条件。因此想了解目前高功率每瓦的流明数极其相应的价格，以及3年内的性价比走向。 A8：价格和性能是大规模应用的基础条件，预计在2007年LED的发光效率会在50-70流明/瓦，价格约为3美分/流明，在2008年，发光效率会达到70-80流明/瓦，价格约为2-2.5美分/流明，到2009年会达到80-100流明/瓦，价格会降到2美分/流明。Q9：目前普通照明主要的技术难题是什么？A9：目前LED应用于普通照明的技术难题有以下几个方面：1.发光效率；2.散热；3.光特性；4.LED驱动器。LED的发光效率一般是50-70流明/瓦，这个发光效率并不是很高，和传统光源相比没有很大的优势，只能说有发展潜力，预计在将来LED的发光效率达到120流明/瓦的时候，将完全取代传统光源，因此发光效率是困扰LED普遍应用的关键因素，由于发光效率比较低，LED的使用范围就较小，所以生产量和销售量受到很大程度的影响，在生产成本上有所加大，导致LED的售价较高，不能被广泛接受；二是散热，散热是困扰设计工程师的关键性问题，一个产品如果散热没有处理好，性能和寿命会受到严重的影响；三是光特性，传统的日光灯和白炽灯是面光源，它的发光强度很高但是发光效率很低，这种光特性完全适合眼睛承受的条件，LED由于发光体积小，所台我们认为它是点光源，虽然它的光通亮比较小但发光强度很高，所以在LED用于传统照明的时候要对光特性做处理，这也是目前存在的问题；四是LED驱动器，目前市场上的LED驱动器是DC-DC的LED驱动器，怎样把AC转化成LED使用的衡流源是摆在设计师面前的问题，以上就是目前LED应用于普通照明的几大技术难题。Q10：如何解决发热问题？A10：刚才讲到发热问题是目前技术工程师面临的问题之一，如何解决发热问题，可以从以下几个方面着手：一，选择合适或竞争优越的LED，不同公司生产的LED性能是不相同的，目前LED的发光效率不算很高，很多电能都转化为热能，而白炽灯或日光灯管的热能是散到环境中，LED由于本身的特性，热能很难释放到外界环境中，因此选择合适的或性能优越的LED是最关键的，那什么样的LED才是合适的呢：一是看内部热度的大小，内部热度小散热效果越好，我们公司的大功率LED热度大概是8C/瓦或更低；二是看它的封装形式，由于LED的散热体积小，要解决散热问题就要考虑散热途径，我们公司的LED是工艺型封装形式，它本身自带一块大的散热片，散热途径和散热面积相对较大，这样的LED是解决散热问题的最好选择；第三是外加散热片，怎样加散热片和加多少，可以根据LED的特性进行设计，如果采用我们公司的散热片，我们会为您设计专门的散热方案，外加散热片和LED之间我们考虑要将他们紧密接触，在应用过程中要确保LED的散热片和外加散热片的接触面积足够大，才能使热顺畅的释放到外部环境中去。以上就是解决散热问题的几个方面。Q11：目前客户对不带PCB板的功率LED产品需求情况怎样?即插即用型LED照明方案目前还面临哪些技术挑战或商业挑战?应该怎样去解决？A11：通常高功率LED带有的PCB往往是累积板，它的主要作用是散热， 在大多数应用中客户更倾向于使用带PCB的LED，当然在有些应用中，客户的产品本身也考虑散热问题，采用更高规格的LED，因此带不带散热片取决于客户的目标应用。作为即插即用型LED照明方案虽然具有良好的散热、安装方便等优点，但单一的结构和封装不能满足灵活多样的产品需求，另外成本压力也是目前面临的一个挑战，摆在我们面前的课题是提供更多封装形式和外观结构的LED模块。Q12：当今的LED照明应用对LED驱动IC提出了哪些新的要求？如何评价市场上的LED驱动IC？LED驱动IC的未来发展趋势是怎样的？A12：随着高功率LED的广泛应用，与之对应的LED驱动器的需求量也随之越来越大，目前市场上的LED驱动主要是针对小功率的LED恒流源或恒压源，所以尽快推出驱动IC已经成为市场发展的趋势，由于LED为电流型驱动器件，所以与之对应的LED驱动也应该是恒流源，在许多应用中往往是多颗LED组合在一起，所以LED驱动器也需要多通道输入。目前更高规格的LED越来越多的被采用，大电流高功率输出是对LED驱动IC的另一要求，此外高转换效率，良好的热处理也是LED驱动起器的基本条件，由于高功率LED会逐渐应用于通用照明领域，直接转换成LED可用的恒流源，这也是今后发展的又一方向。虽然市场上存在这样的恒流源，但是出于安全和其他方面的局限，使LED驱动器显得力不从心，不能被广泛采用。所以尽快开发出由220V电转换成LED可用的恒流源，是很多IC厂商面临的又一重要课题。Q13：请问在从低功率向高功率研制，其主要的技术瓶颈有那些？A13：从低功率LED向高功率LED研制，其主要的技术瓶颈有以下几个：一是产品设计，包括芯片的设计和封装的设计；二是LED能否承受高电流量。Q14：目前高功率价格较高的主要原因是什么？A14：高功率LED价格较高的原因是：因为它的应用范围有限，所以LED的芯片处在比较高的价位，但是以目前市场上的趋势来看，很多照明设备的生产商已经开始将LED作为主要光源，所以基于这一点，LED的价格有望在2010年达到一个合理的水平，那时高功率LED可以取代传统光源。Q15：用的光亮度现在能替代普通的日照灯了吗？A15：以目前的情况来看，LED芯片的亮度和效率已经超越了传统的日光灯了。在普通照明领域，还是以日光灯为主，LED要取代日光灯还有一定的距离，有望在2009或2010年达到这样的目标。Q16：大功率如何能提高输出功率，提高电流还是扩大芯片尺寸，这两种方法都会使发光效率降低，有没有解决方案？A16：大功率LED在生产和制造方面，如果用传统的小功率LED转换成大功率的LED并不是一个很好的方法，因为提高电流或是扩大芯片的尺寸，这两种方法都会使发光效率降低，从小功率迈向大功率最主要的方法是重新设计芯片，大功率最主要的技术瓶颈是如何处理热能，所以在芯片设计方面最主要的是要解决散热问题和发光效率。Q17：大功率使用上的亮度、成本、寿命和价格比，与目前的节能灯相比，具备哪些优势？我见过一些路灯，晚上的光线看起来渗得很，甚至有点恐怖，亮度也不高，在色温和亮度上，未来的技术和工艺能达到什么水平？A17：大功率使用上的亮度、成本、寿命和价格比，与目前的节能灯相比，从亮度方面看，LED和目前的节能灯相比相差不大，因为目前LED的发光效率并不是很高，预计在2010年LED的发光效率会超过节能灯；成本方面，LED的用量较少，所以成本较高，与节能灯相比价格较高；寿命方面，LED作为冷光源，使用寿命会达到10万小时，一般的LED也可以达到5万小时，所以LED比一般的日光灯更具优势。有些路灯效果不好，是因为目前的LED亮度相对比较低，另外，现在某些日光灯的生产厂商在选择LED的时候并不是性能很高的LED，比如安华高公司的LED或其他国际知名品牌的LED在亮度及光效方面是比较差的，或者在光衰减方面也是比较差的，所以会出现这些问题，颜色惨谈可能是因为色温选择上有问题，一般来讲，作为路灯色温必须均匀，色温必须满足一定的范围，不能偏红、偏蓝，特别是不能偏蓝，颜色看起来惨谈估计是色温偏蓝和偏高，这是目前路灯存在的一些问题。Q18：请问高功率的固态照明技术，国内外在交通警示灯方面的应用发展和前景如何？在安全照明方面应用发展和前景如何？A18：目前在交通警示灯方面主要用的是低功率LED或小功率LED，大功率LED应用相对较少，预计在不久的将来，这些小功率LED完全有可能被大功率LED取代。至于安全照明方面，实际上在国内已经采用了高功率LED，比如矿灯已经安全方面的照明，都采用了高功率的LED，所以不管是安全照明还是讲台警示灯方面，高功率LED都有不可估量的发展空间。Q19：目前高功率的寿命是多少小时?亮度衰退情况如何？A19：目前高功率LED的寿命一般可以达到10万小时，亮度衰减基本的指标是5万小时不大于30%，安华高的指标是5万小时不在30%左右。Q20：LED和节能灯相比发光效率是不是差不多？A20：目前LED的效率和节能灯的效率相比，相差无几，LED的效率可以达到50-70流明/瓦，节能灯可以达到60流明/瓦。Q21：LED应用到目前家居环境中，要解决什么问题？A21：LED要应用到家居环境中，最主要的问题是价格和发光效率，传统的日光灯发光效率可以达到100流明/瓦，价格相对偏低，所以在这种情况下，LED要应用到居家环境中一定要达到目前的水平或更好才能取代传统的白炽灯。Q22：LED的使用寿命与一般光源相比有优势吗？A22：LED的使用寿命与一般光源相比是有优势的，一般光源的使用寿命最多只能达到1000小时，安华高可以达到5000-10000小时，家庭用的普通白炽灯也能达到5000-10000小时，LED要想应用于普通照明，寿命要达到5万-10万小时。Q23：流明可以跟MCD转换吗？A23：回答这个问题之前我先解释一下流明和MCD，流明是指光源向空间发出去的能量，比方说一个光源是多少瓦，我们指实际功率是多少，那实际向空间发射出去的能量，我们是可以计算用瓦来衡量的， 瓦和流明之间有一定的换算关系，而MCD是发光强度是光密度的一种表示方式，是单位立体角的光通量，他们之间有一定的关系，但不能对等，不是象瓦和流明之间可以换算，举个例子，一个物质，有个质量，那么质量就对应流明，MCD就对应密度，MCD是表示光密度的单位，流明是表示光源向空间发出能量多少的单位，所以两者有一定的关系但不能简单的去转换。Q24：高功率LED驱动电路必须要用专用的驱动电路吗？对220VAC通过电容降，并使其电流达到工作电流是否可?这样的电路如果大量集中应用对供电系统有不良影响吗？A24：我的建议是最好用专用的驱动电路，如果用其他的非专用性的，或者非恒流性的驱动电路去驱动可能会对他的寿命，光效以及衰减造成影响。第二个问题从理论上讲是可行的，但是实际应用中是不可取的，220伏直接降到LED所能达到的工作电流，安全方面是不可行的，必然存在一定的安全隐患，做产品设计的工程师都比较清楚之所以现在电源类产品盛行，就是因为考虑到安全方面的因素，所以开关电源的产品是许多电器产品中不可缺少的部分，作为高功率LED因为工作电流相对较大对电流电压的要求相对较高，直接从220伏降到可供LED工作的电流时，第一安全方面有问题，第二电路性能和可靠性存在很大隐患，特别是存在不可确定的颠峰电压或峰值电流时，对LED的工作有很大影响。第三个问题的回答是肯定的，这种电路设计在许多产品中已经被取消，并且无法获得国家产品认证，所以我建议不要采用这样的方式来使用LED，或以这种电路来对LED进行驱动达到所要求的目标。LED驱动技术创新不断，提升效率是主要目标照明与背光是LED技术目前的最大两个应用，而LED驱动技术的不断创新则是这两大应用走向普及的动力。“近年来LED驱动由线性调整型(LDO)、电荷泵型向开关型转变，在效率、电流驱动能力方面有了长足进步，效率也大幅提高。随着半导体工艺的进步，特别是高压MOSFET和BCD技术的不断提高，一些外围功率开关管和二极管也被集成进了驱动芯片，使外围电路大大简化。”美芯晟科技有限公司首席执行官兼总裁程宝洪介绍道。LED驱动技术伴随着LED发光芯片的进步，使得LED的功率越来越大，亮度越来越高，其应用正变得越来越广。从早期的仪表指示进入LCD屏幕背光、手电筒、汽车指示、照明、装饰灯等，直到通用照明领域，如台灯、床头灯、日光灯和路灯等。“近年在制程及设计上的进步在提升产品功能的同时也增加了LED的应用范围。”立錡科技营销处副处长陈俊聪表示，“如减少外部零件同时也减少了板材应用及产品体积。制程技术提升使产品可负荷更大的电流及电压，进而支持更多的LED零件，这些在LED应用上都有所帮助。而因为体积的减少，LED也可应用在手机的闪光灯上了。日渐提升的发光效率使LED可作为投影机的发光源，这些创新应用可说是与制程及设计上的进步相辅相成。”邢超勇：LED驱动技术的进步主要表现在效率、大功率、高压技术上。广芯电子技术(上海)有限公司销售总监邢超勇也认为，近年来LED驱动技术的进步主要表现在高效率、大功率、高压技术上。在手机等便携式领域，最主要是白光LED驱动应用，现在的低压差驱动、电荷泵式驱动都是为了这些应用而开发的驱动方式，低压差驱动可以把压差做得很低(50mV/20mA)，电荷泵式驱动现已有2倍、1.5倍、1.33倍等，目的都是提高效率，增加电压应用的范围。该公司目前创新性推出业界首款同时驱动共阴和共阳LED的低压差驱动芯片，不久将推出同时驱动共阴和共阳LED的电荷泵式驱动芯片，据称这款芯片可以只用一个外接电容实现1X到2X间电压的自动调节，这样就大大地提高了LED的效率。邢超勇强调：“LED技术本身也有飞速的进步，现在LED的发光效率有了极大的提高，导通电压也做得更低了，所以现在的高亮度LED应用越来越广，但最主要还是背光和照明的创新应用。”LED照明成为厂商主攻市场“以照明应用来说，效率是最主要的关键问题。因瓦数及输出电流大而产生温度过高的问题都是需要改善的地方，同时也是产品提升的要点。”陈俊聪表示。“目前LED驱动面临的最大问题是热耗及其相关的可靠性问题。这就需要驱动芯片进一步减少本身的功耗，降低自身发热。同时，由于应用于大电流高功率场合，驱动芯片的电压过冲、地线跳动和静电保护都需要处理好，以便提高系统的可靠性。此外，驱动技术如何解决好与目前市电的交流驱动的无缝连接，从而减少向LED照明转换的阻力和成本压力，也是一个挑战。”美芯晟程宝洪指出。他认为，随着LED固态照明技术的性能与效率不断超越传统照明技术，这种新技术正在得到广泛应用。不过，如果我们只是用静态白光LED来取代传统技术的话，就难以真正发挥固态照明技术的全部潜力，不能充分实现LED照明产品的特色化。在智能驱动器支持下，例如引入无线控制、自动光检测以及微处理器等技术，LED照明灯具不仅能取代传统白光照明，而且还能实现新的功能，而这些功能用传统的照明技术是很难实现的。驱动IC封装也在不断进步“在未来LED功率应用方面，我们需要千变万化的封装形式，国际LED大厂像Cree、Nichia、 Lumileds、OSRAM等设计光源产品时只能是我们适应他，同样的封装形式国内优势不明显，要想得到长足发展，这种局面必须得到改变。”深圳长运通集成电路设计公司LED发展与规划部经理文茂强表示，“深圳长运通正在引导一项重要的革新。”据他透露，近日长运通将宣布一项对LED驱动技术的重要革新，即“功率LED恒流集成封装”技术。此技术是在LED封装技术的基础上直接整合低压差线性恒流技术，LED可以直接以标称电压值规格出现，如24V、36V、48V等。系统制造商使用这种封装方案开发产品时，将不再需要考虑任何关于LED恒流的问题，用现有的电源供电即可，“此技术将宣告LED恒流电源的终结。”文茂强表示。长运通计划在原有集成电路设计基础上，于西安先期投资5,000万元生产功率LED恒流集成封装产品，全新的封装技术有望为中国LED功率器件争得先机。恩智浦金宇杰：室内照明LED驱动的难点是兼容市电和散热驱动电路是LED应用产品的重要组成部分，其技术成熟度正随着LED市场的扩张而逐步增强。无论在照明、背光源还是显示板方面，都涌现出了一批成熟的产品。但是随着LED应用的进一步深入，产业对驱动解决方案提出了更高的要求，也给LED驱动产业带巨大的机遇和挑战。我们该如何看待LED驱动的技术趋势？如何解读目前的难点与热点？市场方向在何方？面对种种疑问，光电新闻网制作了LED驱动IC 驱动LED走向普及新闻专题，对已有的技术方案进行全方位的分析，访谈业界知名专家，探索行业的发展趋势，力求对LED产业的现状和未来趋势进行全方位的报道。以下是恩智浦金宇杰总监的观点请简要介绍一下恩智浦公司的LED驱动系列产品布局。它们的优势和特点是什么？金宇杰：恩智浦半导体（NXP Semiconductors，以下简称“恩智浦”）的LED驱动产品主要着重于室内照明、路灯和LED背光等方面。恩智浦的LED驱动系列产品，在室内照明应用方面独具优势。我们推出了世界首款集成可调光市电LED驱动器SSL2101，它是一款小尺寸开关模式电源（SMPS）控制器IC，专为驱动LED设备而设计，并且提供可调光能力，以进一步改善LED照明的能效。SSL2101可以驱动各种具有不同电源要求的照明系统，包括LED改型灯具、LED模块、LED聚光灯、射灯以及用于商店展示的LED灯串。SSL2101具有的可调光能力为照明系统设计师设计更高能效系统提供了不可多得的机会，而且极具性价比，器件具有高集成度、电子元件总数量少、电路板空间保持最小，令设计师能充分利用LED可调光特性的优势，在市场上深受欢迎。在LED路灯方案上，我们的方案突出了效率高的特点。在LED背光方面则发挥我们高压工艺的特点，推出了可驱动150颗LED灯串的芯片，支持高效率的LED边缘背光方案。目前的LED驱动的难点是什么？金宇杰：目前LED驱动在室内照明上的难点，主要在与市电兼容和散热方面：在路灯方面主要是高低温可靠性，在背光驱动方面主要是效率和电流稳定性。当然其他综合性能也很重要。例如恩智浦SSL2101/SSL152x系列产品，可以兼容全电压的市电，其工作环境温度可达100以上。SSL1750加上UBA3070的路灯驱动方案可以达到90%的效率。恩智浦背光驱动产品开关模式DC-DC驱动芯片UBA3070可以支持600V的输出电压，达到95%以上的效率。目前国内LED驱动的竞争格局如何？恩智浦处于怎么样的市场地位？金宇杰：恩智浦的LED驱动产品在室内照明，特别在调光技术方面，处于领先地位。在背光驱动方面，目前市场竞争激烈。恩智浦的背光驱动产品在效率和边缘背光方案上具有优势。举例来说，我们的UBA3070产品，用于液晶电视的LED背光，具有效率高、输出电压高等优点 。在背光方面，有边缘背光、直下背光、RGB背光之分，您看好哪种技术？优缺点是什么？未来发展方向是什么？金宇杰：白光边缘式背光基于其性价比在中短期内将是主流，RGB直下式背光将随着LED光效的提高而逐步占据主流。LED车灯未来发展趋势及应用分析中心议题： 阻碍LED光源迅速开拓车用市场的不利因素 LED的热管理 LED光源的车用优势解决方案： 削减构成组合灯具的LED光源数目 借助于热池装置把LED元件生成的热量取出来 LED大灯能利用光点阵列来组合出前照灯光LED车前照灯在历经近年来的技术验证、概念车展示等开发阶段之后，终于迎来了有望应用于量产车的入市前景，其标志性事件有三个：丰田的凌志LS600h是世界上首个采用LED前照光源的上市车，不过它只在近光灯上应用了LED，远程光源仍为卤素灯。奥迪R8以全LED前照灯为其主要特色，而汽车照明采用的LED是由Lumileds和Osram公司提供。凯迪拉克EscaladePlatinum白金版多功能运动车，是首款采用LED前照灯的多功能运动车。阻碍LED光源迅速开拓车用市场的不利因素上述里程碑式的事件是否意味着LED前照灯将立马成为主宰车用光源领域的创新技术？据行家们预测：也许不会。因为就算是LED的成本能够按照摩尔定律的预见速率持续下降，它要低到能与HID（高强度放电）氙灯匹敌的同等价位也尚需多年；而LED家族的成本若要降到能与卤素灯不相上下，则需经过一段更加漫长的时间历程。据Hella（海拉）公司总裁Fischer称，车用LED的规模目前仅占其光源市场百分之几的小份额，故对向大批量的型号（诸如GM/雪佛兰部的Malibu款之类车型）的配套供货极感兴趣。但LED欲达到向Malibu车型那样大批量的供货水平，尚需克服一系列的技术和成本难题，至少还有十年的历程要走。伟世通指出，LED入市的步伐的确比原先预料的要慢一些，我们在2004年曾预测：LED车灯会很快井喷入市，而把HID淘汰出局。显然，目前的态势并非如此，虽然一直期望LED技术能演进得比现实要快一点。看来成本高并非是阻碍LED面市的唯一因素，仍然有技术性能方面的挑战性难题需要攻克。比如，就单个光源而言，LED的光照强度仍显不足。而单点不够亮就难以达成下述如意盘算：削减构成组合灯具的LED光源数目将有助于缩小汽车灯具的占用空间且易于灵活布置，并可简化照明系统的布线和安装以及降低生产成本。目前LED供应链的主流状况是：海拉供给通用凯迪拉克Escalade车型的LED光源元件是向欧司朗（Osram）采购的；而小糸车灯（Koito）的LED则使用Nichia公司的光源产品，再配套于丰田的LS600h车型；飞利浦Lumileds把LED光源供应给AL（汽车照明）公司，再由后者为奥迪R8配置车灯系统。据Koito的欧美经营部经理称，他们不会划地为牢而自我限定光源的种类及其采购厂商，无论产自于谁（飞利浦、欧司朗、或丰田Gosei）都可以买。显然，照明系统部件的一级供货商们试图保持自身采购光源元器件的灵活性，想观察一下：哪家器件厂商的产品技术能进步得最快、性价比最高。当今LED批供货品的光电转换（光能密度）指标达到每瓦80流明（80lm/W）以上，而HID灯为90lm/W，卤素灯则是201m/W。另据海拉通报：最新的LED研发原型的该项指标已高达161lm/W。海拉亦预测：在今后的3-5年间，发自同样功耗芯片的LED光强度将会提升50%。此事不仅意味着LED灯具将更加明亮，而且体现了其能耗的削减，从而改善整车的燃油经济性。据估计，用LED取代卤素灯具能提升整车的mpg（每加仑燃油的行驶英里数）指标约0.25。而到欧洲实施白天开灯行驶法规时，更可把该mpg提升值扩大至0.5。凌志的车型经理指出，应用LED灯具对整车燃油经济性的改善将会有很大的贡献。然而，光强密度更高的LED也要散发出更多的热量，而灯具的紧凑布置又使得可供散热的面积趋小。诚然属半导体类别的低能耗LED器件的发热比卤素灯或HID灯具要少得多，但后者的热量的大部分则是生成于灯具装置之外的，而LED虽功耗低生热少却是要把热量捂在微小的硅片里面来传导的。LED的热管理是个大难题即使较小的热量要集中到芯片大小的器件上去传导和发散，因装置的热容量小也会引起LED温度的骤升。LED的工作温度必须保持在150以下的范围。对该散热问题的一种解决方案是：在一个灯具中使用数目较多的LED发光元件，让单件的发热量较小，再把它们布置在较大的空间内使其易于散热。这就是小糸车灯在为丰田的凌志LS600h配套前照灯时所采用的手法。凯迪拉克EscaladePlatinum每个前照灯由7枚LED光管构成，其中5枚用于近程光束，另2枚则作为远程光源。它们都带有各自的主动式散热装置-冷却风扇（与台式电脑中的内置小风扇类似）。据海拉称，热管理是让他们特别费心劳神的设计领域，在方案选择上侧重依靠虚拟仿真手段来评估优化，而在模拟工具（仿真软件包）的选用上则必须通过足够实验数据的考证。他指出，对热管理问题的挑战不仅来自于热传导，可借助于热池装置把LED元件所生成的热量取出来，而且还要解决通风问题，让热量从灯具装置里散发出去。若仅靠自然通风显然是不够的，所以海拉决定给灯具加上内置风扇。法雷奥的热管理策略堪称一绝。它为LED灯具设定了一种确保安全的工作模式，即当灯具的温度升到预定的警戒值时，自动切换到削减灯具供电功率20%的该安保模式。据称，这种程度的供电功率降低对灯光的亮度影响甚微，但却能显著地压制住发热水平。LED光源的车用优势既然遭遇到上述的种种成本障碍和层层技术难关，为什么整车厂商及其照明系统供应厂商仍然要咬定青山不放松地全力推进LED上马入市呢？其原因出于：这种新光源能够使得汽车灯具的风格设计和造型布置具有空前的灵活性而适于车型的个性化，况且LED的光输出功率密度已能够与HID灯具匹敌，因此它极有希望把现存的其它照明技术统统淘汰出局而独霸车灯市场。据凯迪拉克EscaladePlatinum的车型产品经理称，LED的发光色谱接近于日光，这使得它发出的光被物体（诸如道路交通的指示标牌/线）反射的有效性要高于其它光源，从而能在较远的距离让司机尽早发现而提高行车安全。他指出，路标几乎都采用被动辉光的反射方式，因为LED的光色近于日光，所以可以让司机在夜间也像白天那样方便地发现并看清交通标志。LED车灯的色温为5500-6000K，它比其它光源的颜色更白，因为HID灯的淡蓝光色温是4000K，卤素灯光为黄色3000K。所以在进行HID灯具的光学设计时，需把光谱中最蓝的部份推移至其射点光斑的边缘，因这些区域是本车司机眼睛通常不去注意的地方，从而减少该色光对人眼的不适干扰。但对于迎面驶来的会车司机而言，仍在车辆越过该边际区域时蓝光会引起对方眩目而影响会车安全。在防眩目干扰方面，LED大灯拥有潜在的优势：既能保护本车司机的舒适视觉，也不会引起邻车/会车司机的视障。因丰田凌志车的前照灯的近/远程光采用了不同的光源（LED/卤素灯），所以LS600h的车主可能会被不同光源的显著色差所困扰。对于AL（汽车照明）LED前照灯的另一大优势是，欧盟已通过并将于2012年生效的DRL（日行灯）法规，它与加拿大的推荐式规定（允许白天用近光灯作为DRL）不同，欧盟法规是强制在白天使用前照灯的。只要车辆处在行驶之中，就必须开前照灯，使得LED光源的低能耗、长寿命的优势更明显。据法雷奥的CEO称，另一种目前尚未兑现的潜能是：LED大灯能利用光点阵列来组合出前照灯光的主动式功能而毋需采用任何（目前此类装置所必备的）运动部件。这样的主动式照明系统（比如，随转向角度而变化光照射向的主动安保功能），有可能需要采用比以往所用过的数量更多的光管来构成点阵。法雷奥正按此思路着手研发更可靠的新型自适应前照灯系统。海拉Fischer指出，照明系统的这种变化也符合并体现了当代汽车的机械装置功能逐渐被（电子+电控+电动的）全电装系统所取代的大趋势。同一组LED阵列既可以作为前照大灯的光源，也同时可用于转向灯，只是在发挥不同照明功能时采用各自的光学镜罩。作为一般的转向灯，只须在车身两侧布置LED阵列，再加上简单的开关功能即可。若要发挥智能前照的主动安保作用，让前照光束能随车辆的转向轨迹而同步地总是照亮车前的道路，则需要布置较多的光源点阵并采取更复杂的光点电控，按照转向输入来控变光点