LED球泡发展现状解析

1、LED球泡发展现状解析进入20111年以以后，LLED逐逐渐向室室内照明明进军，这这也意味味着开始始向民用用家庭进进军。一一方面这这是一个个大喜事事，因为为民用的的市场是是非常之之大；另另一方面面也是一一个极为为严重的的挑战，因因为民用用市场要要求成本本特别低低，可靠靠性特别别高。现现在离开开完全满满足民用用市场的的要求还还很远，可可以说还还有很长长的路要要走。最普通的民民用灯就就是白炽炽灯，也也就是我我们普通通用的灯灯泡。所所以如果果LEDD要取代代白炽灯灯泡，就就要开发发出一种种无论在在灯头形形状还是是外型上上都和白白炽灯泡泡类似的的灯泡，这这就是我我们通常常称为LLED球球泡灯。可可以想

2、象象，球泡泡灯的市市场是十十分巨大大的。对LED球球泡灯的的要求因为要要替换白白炽灯，所所以至少少要有以以下几方方面的要要求：1.亮亮度要相相当 白白炽灯通通常只讲讲瓦数而而不讲流流明数。LLED虽虽然也可可以只讲讲瓦数，但但是由于于LEDD的光效效还在不不断发展展，只说说瓦数并并不能代代表其流流明数。白白炽灯最最常用的的瓦数有有15瓦瓦、300瓦、445瓦、660瓦、775瓦和和1000瓦等。如如果要讲讲流明数数，那么么可以用用白炽灯灯的发光光效率来来计算。白白炽灯的的发光效效率在77.5-12llm/WW。瓦数数越大效效率越高高。所以以上面列列出几种种瓦数的的白炽灯灯的相对对流明数数可以列

3、列表如下下：如果采用LLED来来取代，也也可以得得出相应应的瓦数数。但是是因为LLED的的发光效效率在不不断攀升升，所以以很难给给出准确确的数字字。假定定采用目目前通常常的LEED1，其其光效为为1000lm/W，假假如采用用最高光光效的LLED22，其光光效为1130llm/WW（暖白白的光效效会低于于此值）。就就可以得得出对这这两种光光效LEED相应应的瓦数数来。但但是因为为LEDD需要恒恒流源，而而恒流源源有一定定的效率率，假定定为855%，另另外因为为LEDD不可能能采用透透明泡壳壳，而只只能采用用乳白泡泡壳。其其透光率率大约为为85%。二者者相乘等等于0.72。.考虑以以上因素素以后

4、就就可以得得出和白白炽灯相相当的瓦瓦数来。由由表中可可见，LLED22在同样样亮度时时大约可可以节省省10倍倍的功率率。有一一点需要要特别说说明的。就就是从目目前LEED球泡泡灯的光光效和散散热来说说，它还还不可能能做到110瓦以以上，也也就是说说目前还还只有可可以取代代60-75WW白炽灯灯的LEED球泡泡灯。当当然PAAR灯就就另当别别论了（后后面将讨讨论）。2.外形要要类似 通常白白炽灯为为梨形的的，所以以LEDD球泡灯灯也应当当为梨形形的。这这点是很很容易做做到。但但是白炽炽灯为全全玻璃制制品，LLED因因为要散散热就很很难采用用全玻璃璃的结构构。下面面会详细细讨论LLED球球泡灯的的

5、结构。3.体积大小要相当，因为LED需要恒流源和散热器，所以这是非常难做到的4.重量要要相当，同同样因为为LEDD需要恒恒流源和和散热器器，所以以这也是是非常难难做到的的5.灯头要要相同 中国过过去大都都是采用用卡口式式，改革革开放以以后大都都改用和和美国一一样的螺螺口式。就就是美国国的E226或EE27。这这点也还还是很容容易做到到的6.电电源要相相同，都都应该是是2200VACC（或美美国的1110VVAC），这这也是没没问题的的。二LEDD球泡灯灯的结构构LEDD球泡灯灯可以分分为外部部结构和和内部结结构。我我们先来来看一下下它的外外部结构构。一个个典型的的LEDD球泡灯灯的外形形如图1

6、1所示（这这是作者者最近在在美国硅硅谷Frryss电子商商店上看看到的最最大功率率的LEED球泡泡灯，价价$400）：图1：LEED球泡泡灯的外外形这是一一个5WW的LEED球泡泡灯，全全长133cm，散散热器长长5cmm，直径径4.55cm，泡泡壳长55.2ccm，直直径5.5cmm，重量量1144克。它它大约可可以取代代45WW的白炽炽灯。其其外部结结构主要要包括33个部分分，一个个是灯头头，二是是散热器器，三是是泡壳。而而内部结结构则主主要是22部分，一一是恒流流驱动电电源，二二是LEED灯板板（包括括铝基板板和LEED）在在内（图图2）。图2：球球泡灯的的构成下面分别来来讨论这这几个部

7、部分的构构成。三球球泡灯的的电源因为球泡灯灯都是用用市电供供电，所所以电源源也必须须是市电电交流输输入的，英英文称为为Offf-Liine，有有把中文文译成离离线式是是很不恰恰当的，因因为英文文原意是是Froom LLinee的意思思，应该该译成在在线，但但又会和和网络的的在线相相混，所所以不如如就直接接称为市市电式电电源。球泡灯的市市电式电电源基本本指标如如下：1.电源基基本类型型：主要要分隔离离式和非非隔离式式两种，那那是指负负载端是是否与火火线2220V隔隔离。一一般说，非非隔离因因为不需需要隔离离变压器器，所以以成本低低，但要要求铝基基板耐压压高，否否则散热热器就有有可能带带电。所所以

8、比较较不容易易通过安安规检验验。隔离离式就比比较安全全，比较较容易通通过安规规，但成成本高。2.电源输输出功率率：因为为球泡灯灯的体积积大小必必须和玻玻壳的白白炽灯相相当，所所以散热热器大小小有限，目目前还不不能超过过9W。3.电源效效率：一一般隔离离式在880-885%左左右，非非隔离式式在900%左右右4.电源功功率因数数（PFF）：不不加PFF校正在在0.55-0.6,加加PF校校正在00.9-0.999左右右5.体积大大小：由由于球泡泡灯留给给电源的的空间很很小，所所以体积积的限制制很严。下面来介绍绍几种典典型的球球泡灯电电源。3.1非隔隔离式电电源下面是是一个采采用美国国安森美美NC

9、PP10114的非非隔离式式电源原原理图（图图3）图3：非非隔离式式电源原原理图这个电电源的基基本指标标如下：图4：NCCP10014LLEDGGT外形形图其实这个电电源的核核心就是是一个恒恒流二极极管NSSI4550255，以确确保LEED恒流流在255mA。所所以它只只能用于于小功率率贴片式式的LEED。其其中外加加的集成成电路NNCP110144实际上上是一个个有源式式的功率率因数校校正（PPFC），可可以把它它的功率率因数提提高到0.99以满足足美国能能源之星星的要求求。输入入端的LL1,CC1,CC2是一一个防电电磁干扰扰EMII的滤波波器。它它的缺点点是非隔隔离，所所以2220V会

10、会直接加加到负载载LEDD上。其实假如不不要求功功率因数数的话，那那么采用用恒流二二极管(CRDD)的电电源方案案可以做做得很简简单（图图5）。图5：最最简单的的采用恒恒流二极极管的球球泡灯电电源这种电源的的功率因因数大约约在0.5-00.6之之间。因因为电路路简单，所所以体积积可以做做得很小小，而且且成本很很低。3.2隔离离式电源源为了提提高安全全性，最最好采用用隔离式式电源，这这样就多多了一个个隔离变变压器，增增加了体体积、成成本，降降低了效效率。图图6是一一个采用用iWaatt公公司iWW36110的反反激式隔隔离电源源电路图图。其实实这个芯芯片和CCyprresss公司的的CY88CL

11、EEDACC02十十分类似似。图6：采用用iW336100 的隔隔离式电电源的电电路图其主要要技术指指标如下下表所示示：这个电电路还可可以自动动检测墙墙上有无无可控硅硅调光器器，如果果有的话话就可以以调光，其其调光范范围可以以从2%调到1100%。而且且最后采采用了PPWM调调光，调调光频率率高达9900HHz，因因此避免免了闪烁烁。另外外由于采采用了准准谐振控控制使其其总效率率高达885%。它它还有一一个特点点是采用用变压器器初级反反馈从而而取消了了光耦合合器件。它它的外形形图如图图7所示示。其外外形是专专门为球球泡灯而而设计。图7： iiW36610的的演示板板四球泡灯灯的散热热器球泡灯的

12、LLED通通常焊接接在一块块铝基板板（LEED底板板）上，这这块铝基基板再和和一片圆圆形铝散散热板固固定，然然后再把把这块铝铝散热板板固定到到散热器器外壳上上去（见见图8）。图8：LEED底板板如何固固定到散散热器上上去图中的铝散散热板上上可以看看出有精精加工的的痕迹。经经过精加加工以后后LEDD底板就就可以直直接固定定上去，否否则的话话，二者者之间会会有气隙隙，需要要涂覆硅硅导热胶胶以改善善导热。球泡灯灯由于体体积的限限制所以以散热是是一个大大问题。无无论是哪哪种散热热器都是是只能依依靠对流流和辐射射两种方方法来把把热量散散发到空空气中去去，而这这两种散散热的能能力都是是和它的的散热的的面积

13、成成正比。而而球泡灯灯的散热热面积可可以如下下计算。假假定其散散热器可可以近似似为一个个截去尖尖顶的圆圆锥体。假假定大圆圆锥体的的高度为为H，直直径为DD，而截截去的小小圆锥体体的高度度为h，直直径为dd。图9：截顶顶的圆锥锥体圆锥体的侧侧面积为为HDD/2，所所以截去去一个尖尖顶以后后的侧面面积是HD/2-hd/2=(HDD-hdd)/22。假定定H=88cm，hh=3ccm，DD=5ccm，dd=3ccm，那那么这个个截顶以以后的侧侧面积就就是488.7ccm2，可可近似为为50平平方厘米米。而因因为大多多数散热热器都开开了沟槽槽，以增增加其散散热面积积，开沟沟槽以后后所增加加的散热热面积

14、为为沟槽深深度g乘乘长度ll再乘22，再乘乘以沟槽槽数。假假定沟槽槽平均深深度为00.3ccm，长长度为55cm，沟沟槽数为为46个个，那么么开沟槽槽以后增增加的面面积为00.3xx5x22x466=1338. cm22。总计计散热面面积为1188 cm22。根据据经验数数据，每每瓦所需需要的散散热面积积大约在在35-60 cm22。具体体要多大大取决于于环境温温度和允允许的升升温。因因为球泡泡灯大部部分是用用在室内内，环境境温度不不是很高高，所以以可以采采用355 cmm2/WW。所以以1888 cmm2的散散热面积积可以散散大约55.3WW左右。不不过这只只是极为为粗略的的估计，可可以得到

15、到一个数数量级的的概念而而已。真真正的散散热情况况还是要要实际测测定才可可以。日本的技术术在线拆拆解了几几种LEED球泡泡灯。并并实测了了其泡壳壳温度，结结果如下下表所示示：因为为室温是是相同的的，下表表 几种种球泡灯灯的外壳壳温度。图中的球泡泡灯功率率从7.5W到到4W。温温升最低低的是44W球泡泡灯，其其外壳温温度为338度。温温升最高高的为东东芝照明明的7.2W球球泡灯，其其表面温温度高达达61度度。这是是因为东东芝的球球泡灯散散热器没没有开槽槽沟的缘缘故。所所以不开开槽沟的的散热器器，虽然然表面光光滑，外外形好看看，但其其散热效效果会差差很多。而而表面温温度越高高，在同同样的系系统热阻

16、阻和功耗耗情况下下，LEED芯片片的结温温也越高高，LEED的寿寿命就越越短。由于球泡灯灯散热器器面积的的限制，所所以很难难散热超超过7-9W。根根据目前前的LEED光效效，它的的流明数数也就相相当于660W白白炽灯。随随着以后后LEDD光效的的逐年提提高，相相信会出出现同样样大小而而能取代代1000W的白白炽灯。散热器器的材料料目前大大多数采采用铝合合金，因因为成本本低廉，加加工容易易，而且且导热性性好。但但是最近近出现了了很多绝绝缘的塑塑料散热热器和陶陶瓷散热热器，其其散热效效果也不不差。因因为最后后的散热热主要靠靠对流和和辐射。而而对流完完全由其其形状和和面积决决定。辐辐射则和和材料的的

17、辐射性性有关。各各种材料料的热辐辐射系数数如下表表所示：由表中可见见，氧化化处理是是改进金金属材料料的辐射射散热的的重要途途径。而而导热塑塑料则不不需要任任何氧化化处理就就可以达达到极高高的辐射射系数。因因此只要要其外形形和金属属散热器器一样，那那么其对对流和辐辐射的效效果是和和金属散散热器的的效果是是相同的的。但是是其热传传导性能能肯定不不如金属属，所以以整体散散热效果果会差一一些。但但是如果果把它做做得尽可可能薄，再再加上一一层金属属的内壁壁，就可可以把这这个热传传导低的的不利因因素降至至最低。现现在已经经有导热热系数大大于200 w/mk的的塑料，但但是其单单价比较较高。陶陶瓷散热热器的

18、情情况和塑塑料散热热器情况况一样。只只是其导导热系数数可以做做得更高高，当然然成本也也要高很很多。图图10是是上海龙龙茂微电电子公司司的6WW塑料外外壳球泡泡灯。它它的散热热器温度度为677度。图10： 一个个6W的的塑料散散热器LLED球球泡灯塑料和和陶瓷的的最大优优点是绝绝缘，所所以即使使采用非非隔离电电源也容容易通过过安规检检验。此外，为了了改善泡泡壳里恒恒流驱动动电源的的散热，通通常都要要加入导导热密封封胶，以以取代导导热差的的空气。还还有一种种方法是是在散热热器上打打孔，以以便空气气的流通通。但是是就会有有防水的的问题。五球泡灯灯的泡壳壳所谓泡壳就就是指前前面透明明的玻壳壳。在白白炽

19、灯中中，全部部都是由由玻璃做做成的外外壳，但但是在球球泡灯中中，虽然然也可以以用玻璃璃做前面面的外壳壳，实际际上也是是有这样样做的。但但是因为为LEDD球泡灯灯重量很很重，要要比白炽炽灯重55倍以上上，如果果用玻璃璃做的话话，掉在在地上，摔摔破的可可能性就就大多了了。因此此更多的的LEDD球泡灯灯采用塑塑料做泡泡壳，以以防摔坏坏。而且且LEDD球泡灯灯因为热热量都从从散热器器散出去去了，所所以通过过泡壳的的光大都都是可见见光，很很少有发发热的红红外线，所所以采用用塑料来来做泡壳壳也不会会由于过过热而损损坏。但是塑料外外壳的最最大问题题是透光光率的问问题。因因为LEED存在在眩光的的问题，所所以

20、尽可可能采用用乳白色色的泡壳壳，以免免看到里里面的LLED灯灯珠。而而乳白色色的泡壳壳。其透透光率就就更成问问题了。所所以对于于用于LLED球球泡灯泡泡壳的塑塑料有以以下要求求：1.具有高高透光、高高扩散、无无眩光、无无光影；2.光源隐隐蔽性要要好（尽尽可能看看不到LLED灯灯珠）；3.透光率率达到990以以上；4.具有高高阻燃性性；5.具有高高抗冲击击强度；现在国国内有一一种称为为智光LLED光光学灯罩罩的据说说可以实实现所有有以上要要求（图图11）。图11：各种LLED塑塑料泡壳壳（点击击图表放放大）假如真的可可以实现现94%的透光光率，而而且还能能防眩光光，无光光影，那那么真的的是十分分

21、理想的的了。其其外观图图如图112所示示。图12：智智光LEED光学学灯罩的的外观图图六几种品品牌LEED球泡泡灯下面列列出了几几种市面面上批量量生产的的品牌LLED球球泡灯的的实测结结果可以注注意到一一个600W的玻玻壳白炽炽灯重量量只有228g。要要比这些些LEDD球泡灯灯轻5倍倍左右。另另外表中中的发光光效率不不是LEED本身身的发光光效率，而而是指整整个球泡泡灯的发发光效率率，其中中包括了了电源的的效率和和光罩的的透光率率。所以以，要能能达到1100llm/WW的整体体光效还还有一段段路程要要走。七LEDD PAAR灯PARR灯实际际上是飞飞利浦公公司的一一种大功功率卤素素灯的规规格，

22、飞飞利浦把把它称为为“氯铵铵灯”。但但是这个个名字并并没有得得到推广广。一般般称为“筒筒灯”或或者“射射灯”。而而射灯主主要是指指那种具具有MRR16插插座的灯灯，所以以我们暂暂时还称称它为PPAR灯灯或筒灯灯。因为为要和这这种PAAR灯兼兼容，所所以大功功率LEEDPPAR灯灯就也采采用和PPAR灯灯相同的的尺寸。只只是结构构不同，瓦瓦数不同同，亮度度不同。飞飞利浦公公司的PPAR220、PPAR330和PPAR338的外外形图如如图133所示。而而相兼容容的LEED的PPAR灯灯，其外外形尺寸寸和他们们完全相相同（图图14）。图113：飞飞利浦公公司的PPAR220、PPAR330和PPA

23、R338的外外形图图144 ：和和PARR20、PPAR330、PPAR338相对对应的LLED筒筒灯采用LEDD以后，由由于没有有统一的的规格，所所以具有有各种不不同的性性能指标标，现在在选择其其中比较较典型者者和原来来飞利浦浦卤素灯灯的指标标比较如如下表所所示。其中光强指指标二者者所用的的单位不不同，飞飞利浦采采用cdd（烛光光），而而通常LLED则则采用llm（流流明）。二二者的关关系如下下：（流流明）=4II（烛光光）。但但是因为为二者的的发射立立体角不不同，所所以无法法换算。只只能大致致说，卤卤素灯的的发光效效率大约约为177-333 lmm/W。而而LEDD的发光光效率在在1000

24、-1330lmm/W。约约比卤素素灯高44-6倍倍。PAR灯和和球泡灯灯的结构构基本相相同，只只是体积积大一些些，瓦数数大一些些。因此此要求的的电源功功率也要要大一些些。 今今年2月月美国凌凌特公司司宣布了了一个用用于LEED恒流流驱动的的IC（LLT37799），它它可以驱驱动4-1000W的LLED，而而且本身身带PFFC，外外置功率率MOSSFETT开关管，反反激隔离离式而不不需要光光耦合器器，外置置元件减到到最少，而而且还可可以用于于可控硅硅调光。图15：可可用于高高功率LLED PARR灯的反反激式隔隔离型恒恒流电源源 这个电电路图是是一个给给24瓦瓦PARR灯用的的演示板板的电路路图。其其主要技技术指标标如下：它的演示版版的布置置图如图图16所所示。具具体应用用时当然然也可以以设计成成圆形。图16：LLT37799的的演示版版这个市电恒恒流源因因为功率率大，而而且可以以适应44-1000W的的宽功率率范围，所所以一定定是采用用外置MMOS开开关管，而而且也因因为功率率大，所所以要求求采用功功率因数数校正（PPFC）。对对于不同同的功率率，除了了要选择择不同的的MOSS管外，还还要求选选择不同同大小的的变压器器。变压压器加大大了整个个恒流源源的体积积和重量量，降低低了效率率。但是是这是为为隔离市市电所必必需的。八LEDD球泡灯灯的市场场