LED球泡发展现状解析

1、LED球泡发展现状解析进入2011年以后，LED逐步向室内照明进军，这也意味着开始向民用 家庭进军。一方面这是一个大喜事，因为民用的市场是专门之大；另一方 面也是一个极为严峻的挑战，因为民用市场要求成本专门低，可靠性专门 高。现在离开完全满足民用市场的要求还专门远，能够讲还有专门长的路 要走。最一般的民用灯确实是白炽灯，也确实是我们一般用的灯泡。因此如 果LED要取代白炽灯泡，就要开发出一种不管在灯头形状依旧外型上都和 白炽灯泡类似的灯泡，这确实是我们通常称为 LED球泡灯。能够想象，球 泡灯的市场是十分庞大的。对LED-L球河灯的要求30456075100灯.发光周军1m；京75.8.59.

2、510 5121流明数1m，甲4240582.5570,Si-A-t rf12CUtATFFf LED1 匕目包毁旨换白炽外工四面ELED2瓦数WL2工64J6.18.412.S1 .亮度要相当 白炽灯通常只讲瓦数而不讲流明数。LED尽管也能 够只讲瓦数，然而由于LED的光效还在持续进展，只讲瓦数并不能代表其 流明数。白炽灯最常用的瓦数有 15瓦、30瓦、45瓦、60瓦、75瓦和100 瓦等。如果要讲流明数，那么能够用白炽灯的发光效率来运算。白炽灯的 发光效率在7.5-12lm/Wo瓦数越大效率越高。因此上面列出几种瓦数的白 炽灯的相对流明数能够列表如下：如果采纳LED来取代，也能够得出相应的

3、瓦数。然而因为LED的发光 效率在持续攀升，因此专门难给出准确的数字。假定采纳目前通常的LED1, 其光效为100lm/W,如果采纳最高光效的LED2,其光效为130lm/W （暖白的光效会低于此值）。就能够得出对这两种光效 LED相应的瓦数来。然而 因为LED需要恒流源，而恒流源有一定的效率，假定为85%,另外因为LED不可能采纳透亮泡壳，而只能采纳乳白泡壳。其透光率大约为 85%。二 者相乘等于0.72。.考虑以上因素以后就能够得出和白炽灯相当的瓦数来。由表中可见，LED2在同样亮度时大约能够节约10倍的功率。有一点需要 专门讲明的。确实是从目前LED球泡灯的光效和散热来讲，它还不可能做

4、到10瓦以上，也确实是讲目前还只有能够取代 60-75W白炽灯的LED球泡 灯。因此PAR灯就另当不论了（后面将讨论）。2 .外形要类似 通常白炽灯为梨形的，因此 LED球泡灯也应当为梨形 的。这点是专门容易做到。然而白炽灯为全玻璃制品，LED因为要散热就专门难采纳全玻璃的结构。下面会详细讨论LED球泡灯的结构。3 .体积大小要相当，因为LED需要恒流源和散热器，因此这是专门难 做到的4 .重量要相当，同样因为LED需要恒流源和散热器，因此这也是专门 难做到的5 .灯头要相同 中国过去大差不多上采纳卡口式，改革开放以后大都改 用和美国一样的螺口式。确实是美国的 E26或E27。这点也依旧专门容

5、易 做到的6.电源要相同，都应该是220VAC （或美国的110VAC）,这也是没 咨询题的。二.LED球泡灯的结构I构。我们先来看一下它的外部结构。一个典型的leDWSJJW1所示（这是作者最近在美国硅谷Fry s电子商店上看到的最天访率的LED球泡灯，价$40）:图1: LED球泡灯的外形这是一个5W的LED球泡灯，全长13cm,散热器长5cm,直径4. 5cm,泡壳长5.2cm,直径5.5cm,重量114克。它大约能够取代45W的白 炽灯。其外部结构要紧包括3个部分，一个是灯头，二是散热器，三是泡 壳。PiMH密喂室F 2部分，一是恒科哇手源，二是LED灯板（包 括铝*%HDffif （

6、图 2）。J图2:球泡灯的构成下面分不来讨论这几个部分的构成。三.球泡灯的电源因为球泡灯差不多上用市电供电，因此电源也必须是市电交流输入的， 英文称为Off-Line,有把中文译成离线式是专门不恰当的， 因为英文原意是 From Line的意思，应该译成在线，但又会和网络的在线相混，因此不如就 直截了当称为市电式电源。球泡灯的市电式电源差不多指标如下：1 .电源差不多类型：要紧分隔离式和非隔离式两种，那是指负载端是否 与火线220V隔离。一样讲，非隔离因为不需要隔离变压器，因此成本低， 但要求铝基板耐压高，否则散热器就有可能带电。因此比较不容易通过安 规检验。隔离式就比较安全，比较容易通过安规

7、，但成本高。2 .电源输出功率：因为球泡灯的体积大小必须和玻壳的白炽灯相当， 因 此散热器大小有限，目前还不能超过 9W3 .电源效率：一样隔离式在 80-85%左右，非隔离式在 90%左右4 .电源功率因数（PF）:不加PF校正在0.5-0.6加PF校正在0.9-0.99左5 .体积大小：由于球泡灯留给电源的空间专门小， 因此体积的限制专门0-o J- rfT-DMF面来介绍几种典型的球抱灯|Q 1uFZI3.1非隔离式电源-teIM 吟r iwLEDF面是一个采纳美国安森委3)1012 TK016V函 岸Id 吃4的非隔帘式电源原理图（图UZ图3:非隔离式电源原理图图 4: NCP1014

8、LEDGT 外形图事实上那个电源的核心确实是一个恒流二极管NSI45025,以确保LED恒流在25mA。因此它只能用于小功率贴片式的 LED。其中外加的集成电 路NCP1014实际上是一个有源式的功率因数校正 （PFC）,能够把它的功率 因数提升到0.9以满足美国能源之星的要求。输入端的 L1,C1,C2是一个防电磁干扰EMI的滤波器。它的蜘M感相隔离因此 220V会直截了当加到(CRD)的电源方图5:最简单的采纳恒流二极管的球泡灯电源这种电源的功率因数大约在0.5-0.6之间。因为电路简单，因此体积能 够做得专门小，而且成本专门低。3.2隔离式电源的勒锦能啡姓遍济此就多了一个隔离变压器，增加

9、了体机 成本:薜低了效率 ，一- -一16是E个采纳iWatt公司iW3610的反激式隔离黑AC02十分类似J源电即。事实国泠芯片和Cypress公司的CY8CLED图6:采纳iW361城离隔沌源的电路匾魔 收即口其要舞技时示：功率因数09a) PC3 150P那个电路还能够自动检测墙上有无可控硅调光器，如果有的话就能够调光，其调j皿!掰咒2% 1叩。而且最后采纳了 pwm调光,调光频率高达900HAC Input_ 总效率高达战。翻咽爵用餐是采世料繇，:一一 一 .合器件。它后外形图如麾篇箱示:其外点是专门为球泡灯而设计z,免了闪耀。京孙曲于采纳了准谐振操纵使其初级反馈从而取消了光耦b) P

10、CE Bottom图7: iW3610的演示板晒.球泡灯的散热器而LED吗牌渣在一块铝基板（LED底板）上，这块铝基板再 片由眇板固鼻:然（见图“8）O再把这块铝散热板固定到散热器外壳上去图8: LED底板如何固定到散热器上去图中的铝散热板上能够看出有精加工的痕迹。通过精加工以后LED底板就能够直截了当固定上去，否则的话，二者之间会有气隙，需要涂覆硅 导热胶以改善导热。球泡灯由于体积缶U因此散热是大咨询题。不管是哪种散热器差不多上只曜袄靠对济和辅射两种方法来冲热量制发到空气中去，而 4I这两种散热的能力差不多上和它的散热的回积月五E比而球泡灯的散热面积能够如下运算。假定其散热器能够近似为一个截

11、去尖顶的圆锥体。假定大圆锥体的高度为H,直径为D；前去的小圆锥体的高度为h,直径为do图9:截顶的圆锥体圆锥体的侧面积为 兀HD/2,因此截去一个尖顶以后的侧面积是 兀HD/ 2-兀 hd/2=兀（HD-hd）/2。假定 H=8cm, h=3cm, D=5cm, d=3cm,那么那个 截顶以后的侧面积确实是48.7cm2,可近似为50平方厘米。而因为大多数 散热器都开了沟梢，以增加其散热面积，开沟梢以后所增加的散热面积为沟梢深度g乘长度l再乘2,再乘以沟梢数。假定沟梢平均深度为 0.3cm, 长度为5cm,沟梢数为46个，那么开沟梢以后增加的面积为 0.3x5x2x46=1 38. cm2。总

12、计散热面积为188 cm2。按照体会数据，每瓦所需要的散热面 积大约在35-60 cm2。具体要多大取决于环境温度和承诺的升温。因为球泡灯大部分是用在室内，环境温度不是专门高，因此能够采纳35 cm2/Wo因此188 cm2的散热面积能够散大约5.3W左右。只是这只是极为粗略的估 量，能够得到一个数量级的概念而已。真正的散热情形依旧要实际测定才 能够。日本件 如下表所示勺技术在线拆解了儿种7.5W-.LW TftfRLED：球泡灯用并实测乎其泡壳温度，结果-l.W找而温啜用射率:因为室温日是相同的,下表几种球泡灯的外壳温度。 14弋74.8 VRT0.97*71图中的球泡灯功率从7.5W到4W

13、。温升最低的是4W球泡灯，其外壳 温度为38度。温升最高的为东芝照明的7.2W球泡灯，其表面温度高达61 度。这是因为东芝的球泡灯散热器没有开梢沟的缘故。因此不开梢沟的散 热器，尽管表面光滑，外形好看，但其散热成效会差专门多。而表面温度 越高，在同样的系统热阻和功耗情形下，LED芯片的结温也越高，LED的寿命就越短。由于球泡灯散热器面积的限制，因此专门难散热超过 7-9W。按照目前 的LED光效，它的流明数也就相当于 60W白炽灯。随着以后LED光效的 逐年提升，相信会显现同样大小而能取代 100W的白炽灯。材料翎 钱钱散热器的材料目前铜 导热塑料大多数来纳铝合金因为成本低廉不锈钢,加工容易,

14、而且导热性好。嫣最虢其散热盛麻懒不惹5荐鬲最n.a盘门疑一缘的口陶瓷散热器,后的散我究完全由其形状和检积决定。辐射则和材料的辐射性有关。各种材料的热辐射系数如下表所示：-0,7- 0.80.95 0.950,8503-0,40,8由表中可见，氧化处理是改进金属材料的辐射散热的重要途径。而导 热塑料则不需要任何氧化处理就能够达到极高的辐射系数。因此只要其外形和金属散热器一样，那么其对流和辐射的成效是和金属散热器的成效是相同的。然而其热传导性能确信不如金属，因此整体散热成效会差一些。然而如果把它做得尽可能静属的内壁，就能够把那个热传 导低的不利因素降至最低。现 1导热系数大于20 w/mk的塑料，

15、然而其单价比较高。陶瓷散热器形和塑料散热器情形一样。只是其导热系数能够做得更高，因此成高专门多。图10是上海龙茂微电子公司的6W塑料外壳球泡灯。它 热器温度为 67度。图10: 一个6W的塑料散热器LED球泡灯塑料和陶瓷的最大优点是绝缘，因此即使采纳非隔离电源也容易 通过安规检验。止匕外，为了改善泡壳里恒流驱动电源的散热，通常都要加入导热密封 胶，以取代导热差的空气。还有一种方法是在散热器上打孔，以便空气的 流通。然而就会有防水的咨询题。五.球泡灯的泡壳所谓泡壳确实是指前面透亮的玻壳。在白炽灯中，全部差不多上由玻 璃做成的外壳，然而在球泡灯中，尽管也能够用玻璃做前面的外壳，实际 上也是有如此做

16、的。然而因为 LED球泡灯重量专门重，要比白炽灯重 5倍 以上，如果用玻璃做的话，掉在地上，摔破的可能性就大多了。因此更多 的LED球泡灯采纳塑料做泡壳，以防摔坏。而且LED球泡灯因为热量都从 散热器散出去了，因此通过泡壳的光大差不多上可见光，专门少有发热的 红外线，因此采纳塑料来做泡壳也可不能由于过热而损坏。然而塑料外壳的最大咨询题是透光率的咨询题。因为 LED存在眩光的 咨询题，因此尽可能采纳乳白色的泡壳，以免看到里面的LED灯珠。而乳白色的泡壳。其透光率就更成咨询题了。因此关于用于LED球泡灯泡壳的塑料有以下要求：1.具有高透光、高扩散、无眩光、无光影;2.光源隐藏性要好（尽可能看不到

17、LED灯珠）；要求（图1,灯罩的据讲能够实现所有以上图11:各种LED塑料泡壳（望击图表放大）6;1: 公司 如果目什 鼠燧D仰 电八:实现!仍冗 输入）4%的WLE*|I 1 发光； 透光率，v/ry 八 先效 而喟J林定寿 式能防股J/小时隼胡（虻阳J:七影，那么确实关!粕分指!根的了碘外:班图如颤12所也东芝LDA-N1007W&34 V58象艺Eore1004JW310了净 I占松F1006.9W570松卜1004,0WU0&5图1Q普2:智光LED照学灯隔夕4iHt)M.6卜X虬图艮白50.6三星2207W0.000同的性能指标,现在哪其中比较典型都口原先飞和浦卤素”鹦脚 比较如下书

18、所示LED PAR3312x2W100-2-10S. 15.30.45.60.90 1.140 lui；50.000其中光强指标二者所用的单位不同，飞利浦采纳 cd （烛光），而通常L ED则采纳lm （流明）。二者的关系如下：0 （流明）=4兀I （烛光）。然而 因为二者的发射立体角不同，因此无法换算。只能大致讲，卤素灯的发光效率大约为17-33 Im/Wo而LED的发光效率在100-130lm/W。约比卤素灯 局4-6倍。PAR灯和球泡灯的结构差不多相同，只是体积人一些，瓦数人一些。因此要求的电源JnW找Ited恒愉港今年2月美国凌特 Mil它能够驱动4-100W期二反激隔离式而不需要走耨 硅调光。勃的 IC (LT3799),FC外置功率MOSFET开关管,少，而且还能,用于可控那个电路图是一输入电上输出功率 箍出电压 输小延流其要紧技术指标如E八小 f HWr 巧一TT, sT-I ALED也个给，24真PAR露肺演示板的电路图16: LT3799的演示版图15:可用于高功率LED PAR灯的反激式隔离型恒流电源那个市电恒流源因为功率大，而且能够适应4-100W的宽功率范畴，因 此一定是采纳外置MOS开关管，而且也因为功率大，因此要求采纳功率因 数校正（PFC）。关于不同的功