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光引擎技术亟需解决的问题究竟在哪里?

2016-08-15 05:36:47阿拉丁新闻中心

  目前来看,光引擎还处于成长期,国内LED企业生产的光引擎主要应用于筒灯、壁灯、射灯、吸顶灯、吊灯、导轨灯等室内照明领域,而在户外照明领域也有少量的应用,比如路灯、街灯、投光灯、工矿灯等。

  对LED行业来说,光引擎三字并不陌生。光引擎就是把恒流源和光源做到同一块铝基板上,随着国内LED产业链条各个环节竞争的不断加剧,兼具稳定性和高性价比的光引擎产品正受到越来越多厂商的青睐。据调研数据显示,2014年中国LED光引擎市场规模不足1亿元,2015年中国LED光引擎市场规模快速增长至2.18亿元,预计到2017年中国光引擎市场规模将达28.32亿元。

  就目前来看,光引擎还处于成长期,国内LED企业生产的光引擎主要应用于筒灯、壁灯、射灯、吸顶灯、吊灯、导轨灯等室内照明领域,而在户外照明领域也有少量的应用,比如路灯、街灯、投光灯、工矿灯等。

  毋庸置疑,光引擎确实有它得天独厚的优势,是LED产业的一大重要趋势。上海飞乐音响股份有限公司产品研发中心产品管理部经理张勇德把光引擎模组的优势归结为几个方面:首先是成本可大幅下降;其次,灯具外观的设计也更灵活,可塑性更强;另外,由于光引擎模组不需要点解电容,把易损易耗的元器件省去,这可以大大增加灯具的可靠性和安全性。对于此观点,鼎晖科技市场部副总经理陈姗姗也表示了认同:光引擎的优势在于优化成本、缩小结构体积,整灯结构设计上又增加了无穷的发展空间。

  然而,尽管集众多优势于一身,光引擎的发展之路却并非坦途,眼下仍存在诸多难题困扰着众多厂家。那么,光引擎技术亟需解决的问题究竟在哪里?在市场推广上遇到哪些瓶颈?如何突破?为此,阿拉丁新闻中心就上述问题邀请多家在光引擎市场享有较高知名度的企业高层展开深入对话和探讨。

  诸多因素掣肘

  局限一:线性恒流源技术效率低下

  光引擎的核心技术是高压线性恒流驱动芯片,光引擎的方案就是围绕高压线性恒流源芯片构建的,可以依托COB或贴片,正装或倒装任何一种封装形式。到目前为止,光引擎的发展触点还是取决于对线性恒流源技术效率低下这一局限性的突破,从电源控制芯片角度,就是电源效率问题,还有电压变化时的功率和光效恒定性控制问题,比如电压变化时,很多光引擎产品的功率变化范围会在10%以上甚至达到50%。从系统角度,还有可靠性问题,比如过温过压防护能力和抗雷击浪涌能力。被业界称为中国光引擎教父的埃菲莱首席科学家茅于海教授如是分析。

  茅于海认为,到目前为止,大部分光引擎方案依然沿用的是多段控制线性恒流源技术原理,虽经优化,但仍然难以彻底突破局限,尤其在中大功率的应用方面。同时,有些封装企业做光引擎,由于缺乏对驱动电源的深刻理解,因此在系统可靠性方面会存在应用缺陷。

  局限二:跨科学整合

  在酷蓝电子总经理王钦恒看来,在技术上,ACDrv驱动本质上还是电源转换器件,经典的控制理论和芯片设计技术就足够了,难点在于跨学科的整合,需要整合芯片设计、高压工艺、热管理、应用设计。

  针对技术上遇到的难题,鸿利智汇研发经理石超做了如下两方面补充:一是ACLED的光电转换效率不及DCLED外接开光电源的光电转换效果,DCLED外接开关电源的电转换效率是95%,而ACLED的光电转换效率在85%左右;二是在改善频闪与减小AC模组体积二者之间找平衡点,既能满足AC模组要求的体积小,又能改善频闪,降低对人眼的伤害。

  局限三:散热

  从结构上看,LED光引擎是包含LED封装模块、LED驱动器、以及其他光度、热学、机械和电气元件的一个整体组合。那么问题来了:散热效果如何?

  鼎晖科技市场部副总经理陈姗姗表示,光引擎工作时,LED驱动器和LED模块会同时产生热,而目前市面上的光引擎大多数电源转换效率低,恒流IC做无用功多、发热严重;且电源部分元器件较多,诸多元器件发热,这些热量如果不能通过基板、散热器及时散出,会提升LED灯珠的结温,长期以往,必然会缩短光引擎的使用寿命,因此光引擎目前的掣肘主要是热的传导。

  局限四:标准

  光引擎目前还处于成长期,很多厂家看到了这一巨大的应用市场,开发出各种光引擎产品,如球泡灯,吸顶灯,MR16小射灯等应用。不过,佛山市中昊光电科技有限公司总经理王孟源发现,由于很多产品在驱动性能和光性能结合的部分出现偏差,导致可靠性差,电气指标不符合相关国家规范等,故在实际应用中失效夭折,有些连基本的安全规范门槛也无法进入。

  针对标准问题,晶科电子产品经理何贵平亦表达同样的观点,目前国标对光组件还还出台具体的规范要求,行业标准与地方标准多样化,应用配套稍显薄弱。

  局限五:成本+推广

  与其他人士看法不一的是,晶科电子产品经理何贵平认为目前光引擎普遍价格为0.8-1.0RMB/W,基本与非隔离开关电源方案成本持平,暂时没有显现出比非隔离开关电源方案的更高的性价比。

  不得不提,在推广层面上,方案错误复制也是制约光引擎发展的一大因素。何贵平告诉记者,灯具公司通过IC方案商的商业推广与技术普及,认为BOM可以简单复制,自认为可以简单组装来降低成本,真正量产发现,闪烁、死灯等品质问题频发,其问题在于,灯具厂还没有吃透IC跟LED光源的匹配性,导致灯具厂直接排斥接受光引擎。

  针对市场推广难点鸿利智汇研发经理石超亦指出,DC方案中光源光效可达150lm/W以上,计算光源转换效率光效可达130lm/W,而目前AC方案中,IC转换效率较低,使得LED芯片利用率低,光效只能维持在100lm/W左右,从而导致性价比优势无法凸显,推广难度较大。另一方面,由于AC模组为交流高压输入,而人体安全电压不高于36V,而客户现用灯具大部分都是采用金属外壳,许多客户会顾虑有触电的危险,因此安规认证也成为推广另一难点。

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  破冰之道

  综上,多家企业高层对掣肘光引擎发展的诸多因素进行了多层面的剖析,同时从企业角度出发对分析中的制约之处提出了解决之道。

  埃菲莱首席科学家茅于海教授:发明自适应恒流源驱动芯片

  2013年和美国技术伙伴Richard Grey共同发明构建了完全创新技术原理的自适应恒流源驱动芯片,芯片效率大幅提高到99%,而且通过驱动芯片即可实现输入电压在180V-265V内功率和光效恒定,智能过温过压保护,智能调光等功能。这种创新驱动芯片技术,可以做到单芯片即可支撑80-100W功率,双芯片可支持150W功率的能力。

  鸿利智汇研发经理石超:开发高光效的线性IC

  我觉得,解决光电转换效率,提升LED芯片利用率,目前唯一办法需芯片厂开发高光效的线性IC,使其功率与效率不随输入电压变化而变化;体积与频闪问题,通过缩小电解电容尺寸,使用高余晖荧光粉来平衡其两者关系;产品推向市场,不仅要有高品质、高光效,高性价比,在安全认证仿面,也应该给客户提供一份有力的保证书。

  鼎晖科技市场部副总经理陈姗姗:采取超前的技术解决方案

  目前鼎晖采取了业界超前的技术解决方案:首先选择国际品牌的高转换效率的线性恒流IC,转换效率达到95%以上;再就是优化电源电路设计,使电路中的元器件少,减少热源,使其电路稳定可靠;然后通过合理的结构设计,达到最短的散热通道,同时选择高导热率的封装材料,极小的热阻,及时将热导出,以确保光引擎的可靠性,寿命可达50000小时以上。

  深圳市中美欧光电科技有限公司总经理殷先生:从结构、材料多方面提升产品寿命

  针对散热和寿命问题,中美欧公司主要从结构、材料及应用方案几个方面提升产品寿命。结构部分去除芯片散热通道绝缘层、IC芯片、MOS管优化、封装材料及结构等,产品平均寿命35000hrs。

  中昊光电总经理王孟源:加大研发力度,重视电气安全和驱动特性的指标设计

  光引擎最基本的功能是要实现光和驱动高度集成为一体,在这个基础上可以集成更多的可调控IC,实现控制和调光调色等功能。光引擎在光性能满足的情况下,电气特性指标和安全规范是首要的也是必须要满足的。要解决这些瓶颈,更应该加大研发力度,重视电气安全和驱动特性的指标设计,驱动IC的设计应充分结合LED芯片结构和电压特性,解决LED芯片电压特性与IC的匹配度是关键,如此才能在保障可靠性基础上充分平衡电气指标和光参数指标的成本要求。

  酷蓝电子总经理王钦恒:在大功率的应用上,不能牺牲性能来追求低成本

  在大功率的应用上,由于恶劣的环境因素,酷蓝电子坚持使用外置功率器件,耐压可达650伏的MOS管,外置MOS之后就需要解决对不同器件的兼容性以及抗干扰的问题。在大功率的应用上,一定不能走入更低成本的误区,驱动部分是整个灯具的心脏,千万不能牺牲性能来追求低成本,否则对灯具应用企业和驱动芯片厂家都是双输的局面。

  晶科电子产品经理何贵平:加大光组件方案推广力度

  在我看来,应该加大光组件方案的推广力度,灯厂解释清楚IC与LED光源两者特性的匹配是光组件方案商的优势,让其接受光组件并发挥自身渠道、批量生产等优势,实现双赢。

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