- 探究LED去電源化設計技術
- 按功率開發驅動方式
- 采用模塊化設計，組合設計大瓦數燈具
一． LED照明路線分析
照明燈具設計基于LED發光部分、驅動控制部分和光學散熱結構設計的三方博弈。
1. 發光部分：LED發光芯片光效的不斷提高，LED不節能爭議慢慢淡去。在未來的幾年里，會有進一步的提升，加速LED應用奠定了堅實的基礎，燈具設計會變得簡單化趨勢。封裝方式會根據燈具應用而改變，長期以來按照LED散熱在發展封裝設計，隨著針對LED封裝散熱的理解，更合適專用燈具的封裝形式會陸續誕生。LED外延上游投資加大，競爭加劇，下游應用還沒有起來，勢必會造成LED芯片價格大幅度下降。相比封裝成本降低速度要快得多，有些LED成本已經低于封裝成本，因此封裝技術革新也是LED發展中最重要的部分之一。
2. 驅動控制：驅動轉換效率的提高是最有效的解決辦法之一。提高電源轉化效率，可以降低整燈功率，是在提升整燈光效，節省散熱設計成本。功率因數需求之前的開關電源沒有法規要求，可是LED燈具各國以經有了硬性的指標。可靠性、壽命的提高也是當前重要部分。還有對色溫，亮度，智能化也是未來的需求的方面，在稍后的時間里。
3. 光學設計和散熱器：光學設計人性化，燈的設計近來發展迅速，還是先沿著替代路線開始。未來LED要發展更合適LED本身的燈具產品，散熱結構趨于合理性，更具標準化的模組光源顯露優勢。新材料散熱技術陸續推出，成本會進一步降低。
分析認為，只有取消短壽的器件LED燈具指標才能綜合性的提高，取消電感、電子變壓器，電解電容，徹底解決壽命及體積問題。提升電源驅動效率，減小發熱源延長燈具壽命。深知只有創新的技術才能讓自身跨越式的發展，截獲在LED技術演進道路上。只有自主創新，獲得更多的知識產權，為后續LED發展鋪平道路。
取消電源不能理解為不需要驅動，更不是不要“電”。而是取消電源中阻礙壽命的部分器件，一種全新的LED驅動方式，取名為《去電源化技術》。
二． 高壓標稱值LED設計
發展《去電源化設計》必須要發展高壓LEDs，多顆LED串接均可以稱作是高壓LEDs，串接方式有光刻技術、倒裝基板連接，COB金線連接、PCB單顆粒焊接等。長運通選擇了光刻技術，我們是專業的集成電路設計公司，深知光刻技術的成熟度和生產效率。我們很欣賞倒裝技術，要得到能讓市場接受的價格，需要時間考驗。COB金線連接時，數量太多品質很難保證，金線吸收藍光效率會降低，金價堅挺，因此COB金線連接只能作為細分市場應用，規模性的普及受限。
當前設計燈具多采用單顆粒的低壓LED，這是設計燈具需要電源轉換的主要原因。要想得到最佳的驅動效率，最好的方式是能讓LED電壓更接近驅動電壓值。這樣就不在需要電源轉換，恒流源簡化的電路結構就可以完成驅動任務。
LED有與白熾燈同樣的一項特性。白熾燈采用鎢絲發光，可以做到1.5-380V電壓適應，通過鎢絲粗細長短獲得不同的阻抗，去適應不同的電壓驅動要求。而LED同樣可以采用多數量串接，獲得不同的高電壓值，可見標稱值電壓是發展高壓LEDs的導向標。實際上國外的交流LED和高壓LED也是通過光刻技術實現的，正式因為偏離了標稱值導向標，一直都沒能找到正確的市場定位。
需要開發幾款標稱值電壓？長運通光電研究認為，各國市電電壓主要是110V和220V，在同等功率下串并即可獲得到同等功率光源。為此，市電集中開發一款110V-LEDs即可滿足照明需要。在低壓電源部分，開關電源長期形成12V、24V、36V、48V標稱值電壓，汽車是12V或24V電壓，風力和太陽能均需要鉛酸蓄電池儲能，需要是12V和24V。為此應著重考慮12V-LED設計，因為24V、36V、48V均是12V倍數，正常情況下LEDs串接，均能靈活的設計產品。
高壓LEDs可以使得我們的設計不再需要電源電壓轉換，或者沿用傳統成熟的開關電源，不需要在開發新的電源系統。同時歡迎新的電源設計支持LED，但是需要能在驗證后的電源基礎上保證我們的設計燈具壽命，提升LED產品可靠性。
三． 去電源化設計
圖1是目前主要幾種設計方式，AC-LED因其整流橋部分也是采用LED組合設計的，整流橋部分也是發光的一部分。它的優點是體積可以設計最小。缺點是在很小的體積下集中散熱，同時還要做絕緣處理，設計成本最高。再因為LED本身反向耐壓值偏低，只有10V左右，使的要獲得到幾百伏的反向整流耐壓，要浪費30%LED顆粒。因此，交流LED發展這幾年來一直都無法讓客戶接受的價格。但是分析認為還是會有5%的市場機會，因為交流LED體積最小，在針對體積要求很高的細分市場。
圖1中LV-LED部分是目前使用最多的驅動方式，包括傳統的整流橋部分，單顆粒LED，在中間需要一個電壓轉換電路。電壓轉換部分沿用了傳統的開關電源技術，去電源化設計就是針對電源驅動，開發更合適LED應用電路，在批量的過程中簡便可靠，采用傳統的開關電源驅動LED以后會受到去電源化技術挑戰。去電源化設計是針對照明設計專用驅動電路，在有些數細分市場不能被專用驅動IC所覆蓋，還是會使用開關電源，大約會有10-20%市場機會。
圖 1 交流LED、高壓LED和低壓LED電路示意
HV-LED是今天重點討論的部分，正是我們設計高壓LEDs，才使得LEDs電壓接近驅動電壓，不再需要電源轉換部分。HV-LED與AC-LED區別是整流橋不在光源的設計范圍，在燈具設計增加成熟的整流橋部分，可大大縮減設計成本。HV-LED與LV-LED相比不在需要電源轉換，驅動效率及電路設計大大簡化。
從表1測試數據可以看出，交流LED驅動效率是較低的，除功率因數較高外，電氣參數普遍偏低。最致命問題是有閃爍感，特別是感光拍攝情況下，沒有恒流電路支持，PTC限流驅動方式性能低劣，設計成本與光效率普遍偏低，獲得最大的優勢就是光源體積最小。UL認證要求光源在±10%波動不能看到光源閃爍，PTC很顯然是做不到的。
低壓LED驅動電源是從開光電源原邊反饋電路移植過來的產物，設計電路復雜，恒流精度誤差較大。小功率開關電源驅動方式驅動效率充其量設計到80%，LED應用開始要求功率因數，小功率電源并不具備。器件壽命受到限制，內置電源體積也受限，市場機會因此受到局限。 高壓LED是因上述問題而誕生的產物，集交流LED和低壓LED之優點，驅動效率及恒流精度大大提升，各項參數均優秀，性能價格比高。
目前推出的去電源化設計有兩種方式，其中方式一是：
徹底取消了電源轉電路部分，最簡單的整流橋和一顆電容組成，驅動恒流保護電路與光源集成，光源部分是高壓LED封裝集成。還有一顆電解電容，在各國的認證中并沒有禁止使用電解電容，看來很多地方并不能沒有它，電解電容的存在帶來多項指標提高，還能使得驅動電路最簡化。
去電源化設計方式二：
這款電流支持全方位可控硅調光，電解電容也被取消，理論上影響壽命的器件全部被取消，驅動效率略遜于方式一，75%效率與小功率開關電源效率相當，可靠性卻大大提升。LED為多個高壓LED組合分段應用。
燈具都可以適用去電源化設計，要看市場可否值得定向投入，在一定的規模情況下，去電源化設計性能的優勢和成本具有絕對的競爭力。在今天萬變不能抵擋成本的時代，去電源化一定占據80%未來主流市場。去電源化設計是一項技術密集型項目，設計戰線長，具有綜合的技術協調能力才可以完美的完成設計。并且多個環節創新，測試設備也需要開發跨行業整合，考驗整體設計團隊的凝集力。
四． 燈具設計發展思路
按照燈具產品設計光源。一直我們的光源都是依照光源發光及散熱考慮，并沒有預見性的知道燈具的需求。燈具公司按照既定的光源設計燈具光學散熱結構。大多數公司緊跟一線開發，市場起量我跟進。主動研究開發光源偏少，封裝處于被動局面，燈具設計受到局限。一個定性的批量燈具，需要更符合這款燈具的光源。
按功率開發驅動方式，驅動方式的萬種，還是有它的局限性。LED燈具主要集中在20W以內的功率，這部分是開關電源最薄弱的地方。20W以上LED應用占不到30%，而且大多采用模塊化設計，組合設計大瓦數燈具，所以LED驅動設計集中在20W以內設計即可。
按燈具綜合考慮電路結構，去電源化設計適合大批量的照明產品，綜合考慮才能顯現優勢。
