LED球泡灯及其驱动电源

LED球泡灯及其驱动电源美国PAM公司茅于海LED球泡灯和白炽灯(2010)120亿只(中国38.5亿)(600倍)2000万只每年需5256亿度电(40W,每天3小时)6.2个三峡电站（847亿度/年）LED省电10倍(0.6个三峡)各种灯的发光效率和寿命白炽灯卤素灯荧光灯节能灯高压钠灯LED（目前）13-17lm/W80-90lm/W80-90lm/W135lm/W100lm/WLED和白炽灯的光谱LED发光效率的逐年提高中国即将公布淘汰白炽灯路线图•国家发改委即将于今年10月1日公布中国淘汰白炽灯路线图•2012年10月1日禁止销售和进口100瓦及以上白炽灯•2014年10月1日禁止销售和进口60瓦及以上白炽灯•2016年年10月1日禁止销售和进口15瓦及以上白炽灯•其中反射型白炽灯、聚光灯、装饰灯等其它类型白炽灯以及特殊用途白炽灯不在淘汰范围之内禁用白炽灯的国家和时间表•澳大利亚：2009停产，2010逐步禁用•加拿大：2012禁止销售白炽灯•台湾：2010开始禁产，2012全面停产停用•日本：2012停产，停止销售•美国：2012-2014逐步淘汰40W、60W、75W、100W的白炽灯•中国：预计2016年全部禁用禁产•欧盟各国：2012禁用所有瓦数的白炽灯•韩国：2013年底前禁用白炽灯LED球泡灯相对于白炽灯的优缺点•节能：总体效率高10倍以上（比节能灯高4倍）•长寿命：比白炽灯至少长20-50倍以上•固态器件：不拍震动冲击，不易破碎，运输保存方便•可以采用各种不同色温，满足各种不同场合需要•目前重量比白炽灯重5倍•显色指数比白炽灯略差LED节能可观•以8W的LED球泡灯取代60W白炽灯为例•60W白炽灯每天点3小时，每年点1095小时每年耗电65.7度•8W的LED球泡灯每年耗电8.76度，节电56.94度•以每度0.7元计，每年节约39.8元•3年就可以节约119.6元•白炽灯不到三年就已经损坏（寿命3000小时）•即使按现在LED球泡灯价钱为100元，也已经是合算的LED球泡灯即将取代白炽灯•中国每年生产白炽灯38亿只，占全球1/3•很多国家已经规定日期停产白炽灯•2010年全球LED球泡灯产量为2000万只，目前市场渗透率仅为3.2%•LED球泡灯将以30%年增长率直至2014年•预计LED球泡灯将在2020年全部取代白炽灯•其市场规模将达6400亿美元•中国目前计划采用节能灯来取代白炽灯节能灯的问题和缺点•节能灯内含剧毒的汞，含汞量10-15mg•1毫克汞足以污染5.4545吨饮用水，使人无法饮用•节能灯为玻壳，极易破碎•一支节能灯破碎后，立刻向周围空气内汞浓度高达10-20mg/m3，超过国家标准允许值1000-2000倍•水中生物食用汞后会生成剧毒的CH3Hg，半耳勺就能致人死•日本的水俣地区就曾因水银中毒而死亡数百人•所以日本具有世界上在严格的日光灯、节能灯回收系统•节能灯的整体光效目前比LED低一半，随着LED光效的逐年提高，以后还会更低•三基色节能灯最近因为稀土价格提高使其成本大为提高,已经接近LED的1/336mm日光灯26mm日光灯金卤灯高压钠灯节能灯（10mm）各种LED25-45mg20mg20-25mg12-14mg10-15mg0LED取代白炽灯意义重大•节电：我国照明用电约占总电量的12%，2010年我国总发电量达到30000亿度，而假如半导体照明进入三分之一的照明市场，就可节电30%，即年节电1000亿度，至少相当于一三峡工程的发电量。•减少污染：目前中国企图采用节能灯来代替白炽灯，但是节能灯中含汞10-15mg。废弃破碎后全部进入地下水系统，对人类健康造成极大危害。日本水俣湾的水被汞污染而死去数百人之多。对LED球泡灯取代白炽灯的要求•外形要和白炽灯类似（梨形）（较容易做到）•亮度要和白炽灯相当，能够替代各种最常用瓦数的白炽灯（15、30、45、60、75、100W）•色温要和相应瓦数白炽灯相当•显色指数80•重量要和白炽灯相当（目前几乎不可能）•灯口要相同（E26、E27）亮度要和所取代的白炽灯相当白炽灯瓦数W1530456075100发光效率lm/W7.5810121416流明数lm112.524045072010501600LED1(100lm/W)瓦数W1.563.36.251014.622.2LED2(130lm/W)瓦数W1.22.64.87.711.212.3LED3(160Lm/W)瓦数W0.982.083.96.259.1213.9其中假定：LED电源效率为85%，泡壳透光率为85%，共计损失0.72倍LED球泡灯的结构灯头电源板散热器LED泡壳LED的散热器•因为LED的寿命直接和结温有关，所以散热很重要，必须要有设计精良的散热器•球泡灯的重量几乎完全取决于散热器，如何减轻散热器的重量很重要•散热器的成本也占整个球泡灯成本的很大一部分，如何降低散热器的成本也是一个重要问题•随着LED发光效率的提高，总有一天会不再需要散热器球泡灯散热器的结构•为了和白炽灯的梨形相当，通常LED球泡灯散热器的形状均为截顶圆锥体•为了增加其散热面积，将其表面开槽，不开槽散热差（散热4W）•一定要注意空气的流通各种品牌LED球泡灯的散热效果•外表光滑不开槽的散热器外形好看但散热效果差•例如日本东芝的7.2WLED球泡灯就是如此公司品名勤上7.5W东芝7.2W三星7.1W真明丽7W锦湖6W飞利浦6W比亚迪4.8W三星4.7WStarComgistic4W表面温度43°C61°C47°C45°C48°C47°C45°C45°C38°C辐射率0.640.370.610.940.960.960.970.71日本技术在线实测了几种品牌LED球泡灯的散热效果球泡灯的灯珠•采用1W大功率LED•采用0.1W小功率LED球泡灯的泡壳具有高透光、高扩散、无眩光、无光影；1.光源隐蔽性要好（尽可能看不到LED灯珠）；2.透光率达到90％以上；3.具有高阻燃性；4.具有高抗冲击强度；球泡灯的电源LED球泡灯能够不要恒流源吗？•不管是ACLED还是HVLED假如不用恒流驱动，最后一定会因为温升而加大正向电流并进入恶性循环，而缩短了LED的寿命•这是因为LED伏案特性的负温度系数所决定的•不用恒流源还会使其亮度随市电电压变化T2=85°CT1=25°CVdI1=20mA恒压V=3.3VI2=37mAId0T3=-40°CI3=8mAT2T1T3球泡灯的电源•非隔离式：1.成本低2.效率高，90%3.输入和输出不隔离，有安全问题，欧盟禁用（EN60598）•隔离式：1.成本高2.效率低，85%左右3.输入输出隔离，容易通过安规二者都要求小体积对LED球泡灯驱动电源的要求中国照明用LED驱动电源通用规范规定技术指标一级二级≤5W5W-25W≤5W5W-25W效率≥78%≥80%≥70%≥75%功率因素不要求0.85不要求0.7稳流范围≤±5%≤±10%负载调整率≤±3%≤±5%输入电压调整率≤±1%≤±3%输出电压纹波及噪声≤5%≤15%启动时间≤0.5s≤3s为替代40W以上白炽灯，LED球泡灯功率要求在5-8W左右最简单的非隔离式电源•最简单的非隔离式电源就是采用恒流二极管的非隔离式电源•几个CRD并联可增大电流串入MOS管可增大耐压恒流二极管的特性可以用来吸收电源电压的变化（5-90V)，不致引起电流的变化，但会引起效率的降低。假如电源波动小，可以使效率高达90%以上缺点是功率因数低（0.5-0.6）,需要大电解电容恒流二极管应用举例•假定输入电源电压变动为+10%--15%，对于220VAC，桥式整流后就是290V-224V•如果负载是80个0.1W的LED，其总电压为80x3.3=264V，电流为30mA，总功耗7.92W•采用30mA的恒流二极管，在最高电源电压242VAC时，其上的电压就是26V。功耗0.78W。效率约为90%•在电源电压为220V时，其上压降为0。（当然不可能），但此时的效率可高达95%以上•电源电压低于220V时，无法稳流，但效率还是很高90%.几种恒流二极管的参数PAM2870CL1SupertexPSSI202SAYNXPNSI45025T1GOn-SemiBCR402RInfineonS-562TSemitek30+/-5%mA20+/-5%mA0.15-50mA,adj.25+/-5%mA20-60mAadjustable5.6mA5-60V5-90V10-75V5-50V9-18V4.5-100V适用于120VAC适用于220VAC适用于220VAC适用于120VAC适用于直流系统电流过小需并联使用对于功率因数的要求•根据中国室内照明LED球泡灯标准的草稿中规定功率因数不得低于0.75，但在照明用LED驱动电源通用规范中规定5W，不要求，5W-25W，一级为0.85，二级为0.7•美国能源之星对5W的球泡灯没有要求，但对于5W的LED灯具要求PF0.7(ANSIC82.77-2002LM-79-08),03/22/2010•日本球泡工业会标准JEL800：2010中没有规定对功率因数的要求改进功率因数的恒流二极管电源增加一个有源PFCPF0.9缺点：元件过多，成本过高输入电压输出功率输出电压输出电流LED数效率功率因数90-265VAC10W250-400VDC10-35mA75-12080%0.9采用无源PFC改进非隔离开关电源功率因数（BP2808)PF=0.85（220V），0.9（110V），η=83%（220V)，85%（110V)缺点：需要2个22uF，250V大电解电容，体积打，放不下,只能用于PAR灯美国ExClara公司的HVX解决方案•外部元件少于7个,无电解电容、无电感•效率高90-96%,功率因数高0.9,可调光:10:1,无开关,EMI低•缺点：亮灯时间仅为46%，有100Hz闪烁，LED利用率不高•仍为非隔离式各串导通的时间和幅度100V第一串30个LED导通206V第二串30个LED导通第三串20个LED导通总电流有效值30mAt280VExclara方案与恒流二极管比较恒流二极管需要电解电容，否则LED利用率低•如加大电解电容,会导致功率因数降低,0.6EzxclaraEXC-100方案不需要电解电容，分三段点亮•无电解电容，功率因数高，0.9第三串导通第二串导通第一串导通非隔离恒流源的球泡灯采用80颗0.1W小功率贴片式LED串联，其总功率为8W，总电压为80x3.3=264V采用5颗50V高压LED串联，其总功率为5W，总电压为250V对非隔离型电源球泡灯最好采用塑料散热器•所有球泡灯都要打3750V高压过安规•采用塑料外壳可以完全防止触电，并且容易通过安规•但塑料散热器的散热性能较差，只能用于小功率的球泡灯•应增加通风孔隔离式恒流源•输入和输出隔离，没有触电的危险•即使是隔离式，也要注意输出电压不能高于35V，以满足欧盟的规定•因为欧盟的IEC61347-2-13(5/2006)标准针对采用直流或交流供电的LED模块的要求包括：1.最大安全特低电压(SELV)工作输出电压≤25Vrms(35.3Vdc)2.不同故障条件下“恰当”/安全的工作3.故障时不冒烟或易燃欧盟委员会非食品类预警系统在2010年5月28日、6月25日、和7月16日分别根据来自芬兰、瑞典和英国的报告接连三次下令召回产自中国的“Oversol”、“EcoLightNordic”、和“Mercury”牌的日光灯和夜灯。原因是在安装和更换灯管时，灯管两端可能带电，使用者有触电的危险，和缺乏过流保护装置，有引发火灾的危险，不符合欧盟关于低电压的相关标准。使我国LED企业蒙受极大损失。对隔离式恒流源的要求•体积要小(去掉大体积的大容量电解电容，减小变压器体积)•宽输入电压（100-230VAC），•高PF0.9•提高开关频率至200KHz以上，减小变压器体积•去掉光耦合器（可以提高可靠性）•增加防电磁干扰滤波