固态照明应用的高功率LED

Q1: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8°C/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行?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。

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更新时间:2009.02.27 浏览次数:
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