進(jìn)入2011年以后，LED逐漸向室內(nèi)照明進(jìn)軍，這也意味著開(kāi)始向民用家庭進(jìn)軍。一方面這是一個(gè)大喜事，因?yàn)槊裼玫氖袌?chǎng)是非常之大;另一方面也是一個(gè)極為嚴(yán)重的挑戰(zhàn)，因?yàn)槊裼檬袌?chǎng)要求成本特別低，可靠性特別高。現(xiàn)在離開(kāi)完全滿(mǎn)足民用市場(chǎng)的要求還很遠(yuǎn)，可以說(shuō)還有很長(zhǎng)的路要走。

最普通的民用燈就是白熾燈，也就是我們普通用的燈泡。所以如果LED要取代白熾燈泡，就要開(kāi)發(fā)出一種無(wú)論在燈頭形狀還是外型上都和白熾燈泡類(lèi)似的燈泡，這就是我們通常稱(chēng)為L(zhǎng)ED球泡燈?？梢韵胂螅蚺轃舻氖袌?chǎng)是十分巨大的。

一.對(duì)LED球泡燈的要求

因?yàn)橐鎿Q白熾燈，所以至少要有以下幾方面的要求：

1.亮度要相當(dāng) 白熾燈通常只講瓦數(shù)而不講流明數(shù)。LED雖然也可以只講瓦數(shù)，但是由于LED的光效還在不斷發(fā)展，只說(shuō)瓦數(shù)并不能代表其流明數(shù)。白熾燈最常用的瓦數(shù)有15瓦、30瓦、45瓦、60瓦、75瓦和100瓦等。如果要講流明數(shù)，那么可以用白熾燈的發(fā)光效率來(lái)計(jì)算。白熾燈的發(fā)光效率在7.5-12lm/W。瓦數(shù)越大效率越高。所以上面列出幾種瓦數(shù)的白熾燈的相對(duì)流明數(shù)可以列表如下：

如果采用LED來(lái)取代，也可以得出相應(yīng)的瓦數(shù)。但是因?yàn)長(zhǎng)ED的發(fā)光效率在不斷攀升，所以很難給出準(zhǔn)確的數(shù)字。假定采用目前通常的LED1，其光效為100lm/W，假如采用最高光效的LED2，其光效為130lm/W(暖白的光效會(huì)低于此值)。就可以得出對(duì)這兩種光效LED相應(yīng)的瓦數(shù)來(lái)。但是因?yàn)長(zhǎng)ED需要恒流源，而恒流源有一定的效率，假定為85%，另外因?yàn)長(zhǎng)ED不可能采用透明泡殼，而只能采用乳白泡殼。其透光率大約為85%。二者相乘等于0.72。?？紤]以上因素以后就可以得出和白熾燈相當(dāng)?shù)耐邤?shù)來(lái)。由表中可見(jiàn)，LED2在同樣亮度時(shí)大約可以節(jié)省10倍的功率。有一點(diǎn)需要特別說(shuō)明的。就是從目前LED球泡燈的光效和散熱來(lái)說(shuō)，它還不可能做到10瓦以上，也就是說(shuō)目前還只有可以取代60-75W白熾燈的LED球泡燈。當(dāng)然PAR燈就另當(dāng)別論了(后面將討論)。

2.外形要類(lèi)似 通常白熾燈為梨形的，所以L(fǎng)ED球泡燈也應(yīng)當(dāng)為梨形的。這點(diǎn)是很容易做到。但是白熾燈為全玻璃制品，LED因?yàn)橐峋秃茈y采用全玻璃的結(jié)構(gòu)。下面會(huì)詳細(xì)討論LED球泡燈的結(jié)構(gòu)。

3.體積大小要相當(dāng)，因?yàn)長(zhǎng)ED需要恒流源和散熱器，所以這是非常難做到的

4.重量要相當(dāng)，同樣因?yàn)長(zhǎng)ED需要恒流源和散熱器，所以這也是非常難做到的

5.燈頭要相同 中國(guó)過(guò)去大都是采用卡口式，改革開(kāi)放以后大都改用和美國(guó)一樣的螺口式。就是美國(guó)的E26或E27。這點(diǎn)也還是很容易做到的

6.電源要相同，都應(yīng)該是220VAC(或美國(guó)的110VAC)，這也是沒(méi)問(wèn)題的

二.LED球泡燈的結(jié)構(gòu)

LED球泡燈可以分為外部結(jié)構(gòu)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。我們先來(lái)看一下它的外部結(jié)構(gòu)。一個(gè)典型的LED球泡燈的外形如圖1所示(這是作者最近在美國(guó)硅谷Fry’s電子商店上看到的最大功率的LED球泡燈，價(jià)$40)：

圖1. LED球泡燈的外形

這是一個(gè)5W的LED球泡燈，全長(zhǎng)13cm，散熱器長(zhǎng)5cm，直徑4.5cm，泡殼長(zhǎng)5.2cm，直徑5.5cm，重量114克。它大約可以取代45W的白熾燈。其外部結(jié)構(gòu)主要包括3個(gè)部分，一個(gè)是燈頭，二是散熱器，三是泡殼。而內(nèi)部結(jié)構(gòu)則主要是2部分，一是恒流驅(qū)動(dòng)電源，二是LED燈板(包括鋁基板和LED)在內(nèi)(圖2)。

圖2. 球泡燈的構(gòu)成

下面分別來(lái)討論這幾個(gè)部分的構(gòu)成。

三.球泡燈的電源

因?yàn)榍蚺轃舳际怯檬须姽╇?，所以電源也必須是市電交流輸入的，英文稱(chēng)為Off-Line，有把中文譯成離線(xiàn)式是很不恰當(dāng)?shù)?，因?yàn)橛⑽脑馐荈rom Line的意思，應(yīng)該譯成在線(xiàn)，但又會(huì)和網(wǎng)絡(luò)的在線(xiàn)相混，所以不如就直接稱(chēng)為市電式電源。

球泡燈的市電式電源基本指標(biāo)如下：

1.電源基本類(lèi)型：主要分隔離式和非隔離式兩種，那是指負(fù)載端是否與火線(xiàn)220V隔離。一般說(shuō)，非隔離因?yàn)椴恍枰綦x變壓器，所以成本低，但要求鋁基板耐壓高，否則散熱器就有可能帶電。所以比較不容易通過(guò)安規(guī)檢驗(yàn)。隔離式就比較安全，比較容易通過(guò)安規(guī)，但成本高。

2.電源輸出功率：因?yàn)榍蚺轃舻捏w積大小必須和玻殼的白熾燈相當(dāng)，所以散熱器大小有限，目前還不能超過(guò)9W。

3.電源效率：一般隔離式在80-85%左右，非隔離式在90%左右

4.電源功率因數(shù)(PF)：不加PF校正在0.5-0.6，加PF校正在0.9-0.99左右

5.體積大?。河捎谇蚺轃袅艚o電源的空間很小，所以體積的限制很?chē)?yán)。

下面來(lái)介紹幾種典型的球泡燈電源。

3.1非隔離式電源

下面是一個(gè)采用美國(guó)安森美NCP1014的非隔離式電源原理圖(圖3)

圖3. 非隔離式電源原理圖

這個(gè)電源的基本指標(biāo)如下：

其實(shí)這個(gè)電源的核心就是一個(gè)恒流二極管NSI45025，以確保LED恒流在25mA。所以它只能用于小功率貼片式的LED。其中外加的集成電路NCP1014實(shí)際上是一個(gè)有源式的功率因數(shù)校正(PFC)，可以把它的功率因數(shù)提高到>0.9以滿(mǎn)足美國(guó)能源之星的要求。輸入端的L1，C1，C2是一個(gè)防電磁干擾EMI的濾波器。它的缺點(diǎn)是非隔離，所以220V會(huì)直接加到負(fù)載LED上。

其實(shí)假如不要求功率因數(shù)的話(huà)，那么采用恒流二極管(CRD)的電源方案可以做得很簡(jiǎn)單(圖5)。

圖5. 最簡(jiǎn)單的采用恒流二極管的球泡燈電源

這種電源的功率因數(shù)大約在0.5-0.6之間。因?yàn)殡娐泛?jiǎn)單，所以體積可以做得很小，而且成本很低。

3.2隔離式電源

為了提高安全性，最好采用隔離式電源，這樣就多了一個(gè)隔離變壓器，增加了體積、成本，降低了效率。圖6是一個(gè)采用iWatt公司iW3610的反激式隔離電源電路圖。其實(shí)這個(gè)芯片和Cypress公司的CY8CLEDAC02十分類(lèi)似。

圖6. 采用iW3610 的隔離式電源的電路圖

其主要技術(shù)指標(biāo)如下表所示：

這個(gè)電路還可以自動(dòng)檢測(cè)墻上有無(wú)可控硅調(diào)光器，如果有的話(huà)就可以調(diào)光，其調(diào)光范圍可以從2%調(diào)到100%。而且最后采用了PWM調(diào)光，調(diào)光頻率高達(dá)900Hz，因此避免了閃爍。另外由于采用了準(zhǔn)諧振控制使其總效率高達(dá)85%。它還有一個(gè)特點(diǎn)是采用變壓器初級(jí)反饋從而取消了光耦合器件。它的外形圖如圖7所示。其外形是專(zhuān)門(mén)為球泡燈而設(shè)計(jì)。

圖7. iW3610的演示板