光引擎將成為LED照明燈具的標準零件

目前，LED照明燈具的LED光源和驅(qū)動電源的五花八門現(xiàn)狀或許會改變，有很大一部分的LED照明燈具，其LED光源和驅(qū)動電源會趨向標準化，將采用 國際通用的“光引擎”。

ZHAGA聯(lián)盟旨在發(fā)展LED光引擎 (light engine) 介面接口的標準，使不同廠商生產(chǎn)的產(chǎn)品可有互換性。為了配合LED技術(shù)持續(xù)且高速的發(fā)展，藉由定義 各種專用光引擎介面接口資料，ZHAGA 標準將涵蓋物理尺寸，以及LED光引擎的光學(xué)、電氣與熱性能等，進而最終實現(xiàn) ZHAGA 聯(lián)盟內(nèi)不同制造商之間產(chǎn)品 的兼容性、互換性。

ZHAGA 標準的建立，將有助于防止不相容光引擎的市場分化，使消費者可以安心選擇和購買市場上具有可兼容性的LED照明燈具產(chǎn)品，同時亦能持續(xù)享受LED 照明技術(shù)所提供產(chǎn)品效能的升級。此外，ZHAGA 標準的建立也會促進 LED 照明應(yīng)用領(lǐng)域技術(shù)的創(chuàng)新，并提升社會總體經(jīng)濟效益。ZHAGA 聯(lián)盟是一個開放的組織，會員可共享其 IPR 智財權(quán)，開放照明產(chǎn)業(yè)內(nèi)各公司的加入。該組 織成員包括LED光引擎和LED燈具的生產(chǎn)廠商，也包括零部件供應(yīng)商(例如散 熱片和光學(xué)零部件)。

因此，LED 制造商、封裝廠，驅(qū)動電源廠在 2012 年都會開發(fā)生產(chǎn)各種規(guī)格 的光引擎。“LED 光源+驅(qū)動電源”、“HVLEDs+高壓線性恒流源”就是類似的雛 形，按球泡的空間來做就是 A19、E27 專用方案，進入光引擎就成了標準化方案。 光引擎將成為 LED 照明燈具的標準品零件而規(guī)?；a(chǎn)。

HVLEDs 2012 年將快步進入 LED 照明燈具

2012 年 HVLEDs 有望快步進入 LED 照明燈具。這幾年 MOCVD 的大批引 入，使我國很快具備了 LED 照明的核“芯”技術(shù)，MOCVD 的大批開工生產(chǎn)， 使國產(chǎn)的 LED 光源芯片源源不斷的流向市場，LCD 電視機(TV)的背光、筆記 本電腦(NB)的背光、LED 照明燈具使用國產(chǎn)的 LED 光源將快速上升。電子產(chǎn) 品的性價比決定市場的容量，價格與市場的關(guān)系是價格每降一點，市場將成平方 的增長，完全是呈現(xiàn)一個金字塔規(guī)律。

高壓 LED 芯片組(HVLEDs)的高電壓、小電流，與通用的低壓 LED(LVLED) 的低電壓、大電流的工作環(huán)境相比，HVLEDs 工作時的發(fā)熱明顯降低;HVLEDs 只需要線性恒流源就能很好的工作，高壓線性恒流源無變壓器、無電解電容器， 困擾低壓 LED 的驅(qū)動電源壽命、電解電容器的壽命問題都迎刃而解了。

HVLEDs 的制造商正在配套高壓線性恒流源電源，他們將在 2012 年初向市 場推出“HVLEDs+高壓線性恒流源”的套件提供給下游 LED 燈具組裝生產(chǎn) LED 燈具。

目前，HVLEDs 生產(chǎn)成本和售價可能比同樣 W 數(shù)的LVLED 貴 20%，但是隨著技術(shù)進步和生產(chǎn)量的擴大，成本將進一步下降，而 LVLED 的下降空間已經(jīng) 不多了。HVLEDs 的驅(qū)動電源的成本要比 LVLED 的開關(guān)恒流源便宜多了。兩項 相抵，暫時可能持平，長遠而言，HVLEDs 的燈具價格將更便宜。也許 HVLEDs 的燈具將給我們一個性價比很好，而整燈價格比較接近老百姓購買力的好機會， 這個市場是海量的。

高壓 LED 模組—HV LEDs 異軍突起

LED 家族的后起之秀高壓 LEDs(HV LEDs)異軍突起，VF 高電壓、IF 小電 流的工作條件完全顛覆了傳統(tǒng)的低壓 LED(LV LED)的 VF 低電壓、IF 大電流的 工作要求。LED 照明燈具由于采用 HV LEDs 的 SOC 模組而有可能降低發(fā)熱， 燈具結(jié)構(gòu)造型有可能更加趨向節(jié)省散熱材料、大于 270 度發(fā)光、低成本、減輕 重量方向發(fā)展。HV LEDs 雖有如上優(yōu)勢，是否會在家用照明海量市場勝出?2012 年市場可見分曉。

HV LEDs 是在芯片生產(chǎn)時在硅片上直接做成的片上系統(tǒng)(SOC)或稱之為 模組，這是 LED 芯片制造技術(shù)上的一個革命性的進步。一個 2 吋硅晶圓片上， 一次可生產(chǎn)上萬個 LED 管芯，但是用通用的技術(shù)和工藝來生產(chǎn)，各個 LED 參數(shù) 的離散性很大，所以生產(chǎn)之后制造商需要逐個測參數(shù)分檔，客戶只能拿相鄰的叁 檔放在一單位(燈)里用，才能保證顯示光色的一致性。HV LEDs 在生產(chǎn)時使 用新一代的工藝和高超加工技術(shù)，使同一硅晶圓片上的上萬個 LED 管芯的參數(shù) 完全一致，使之可以在芯片生產(chǎn)時很方便地就近組成 SOC 的 HV LEDs，如 HV45 上有 16 個 LED，它們所有的電參數(shù)完全一樣(圖 1)。這樣的 HV LEDs 使用方 便，成本可控。另有一種 COB 的 HV LED，就是用前述的通用技術(shù)生產(chǎn)的、參 數(shù)離散型較大的 LED 管芯，經(jīng)測試數(shù)據(jù)后將相同參數(shù)的配置在一起，重新組合 成一個光源體。由于需要逐個測試、配對、篩選、組合，還有不少參數(shù)分散的無 法配對組合使用，應(yīng)當說生產(chǎn)成本會偏高。HV LEDs 芯片的剖面圖如圖 2 所示。

圖1 HV LEDs 的 SOC 結(jié)構(gòu)

圖2 HV LEDs 芯片的剖面圖

傳統(tǒng)的 LV LED 用低壓的開關(guān)恒流源驅(qū)動發(fā)光的方案;AC LED 用 AC LED 光源兼做整流和發(fā)光體的方案，AC LED 需有一定的余輝;HV LEDs 使用高壓 恒流源驅(qū)動 HV LEDs 發(fā)光的方案，這三種 LED 光源產(chǎn)品及其 LED 照明燈具產(chǎn) 品都將在近三五年內(nèi)盛行，共爭市場繁榮(圖 3)。世界社會將在分享它們的給 人類帶來的恩澤。

圖 3 三種 LED 光源工作原理圖

HVLEDs 光引擎系統(tǒng)方案

HVLEDs 光引擎系統(tǒng)方案由 HVLEDs 燈珠板、環(huán)形內(nèi)置恒流電源或外置恒 流電源、光引擎標準殼體組成(圖 4)。結(jié)構(gòu)十分簡單，做成一符合國際標準的 標準部件，任何燈具廠都可用來組裝 LED 燈具，任何人都可對故障 LED 燈具 DIY 更換修復(fù)。

HVLEDs 光引擎實物如圖 5 所示，這是一種引擎內(nèi)圈是綁定在鋁基板上的HVLEDs 的燈珠板，其外圈是環(huán)形的電源板(圖 6)。外置電源一般做成如嵌入 式筒燈電源那樣的長方塊形狀。

高壓恒流驅(qū)動電源芯片

線性驅(qū)動芯片可能是HVLEDs恒流驅(qū)動電源較好方案之一。EXC100是比較 理想的芯片之一，但是在中國購買的價格太貴，用來生產(chǎn)通用的光引擎成本偏高。 這幾年來，我國本土集成電路的設(shè)計水平節(jié)節(jié)提升，而且有很好的性價比和市場 競爭力，向下游廠家提供可用于生產(chǎn)的技術(shù)方案和技術(shù)支持比較到位。BP5108 就是專門為HVLEDs而設(shè)計生產(chǎn)的新的線性驅(qū)動電源芯片。

BP5108 是一款高精度線性恒流LED 控制芯片，主要用于驅(qū)動由市電供電 的高電壓、低電流LED 燈串或模組。由于應(yīng)用電路不需要電解電容器和磁性元 件，LED 驅(qū)動電源可以實現(xiàn)小體積、長壽命，并符合EMI 規(guī)定。BP5108 采用 專利的輸入電壓采樣和LED 驅(qū)動機制，在輸入電壓變化時改變接入的LED 燈 數(shù)，因此可以在整個交流周期內(nèi)，增加LED 被點亮的時間，從而提高LED 的利 用率和總輸出流明數(shù)。為了適應(yīng)不同的LED 燈串正向壓降或者不同的市電電壓(110V，220V)，燈串切換電壓可以通過外部分壓電阻靈活設(shè)置。而且當輸入 接可控硅調(diào)光器時，不需要增加額外的元器件，就可以通過改變調(diào)光器切相角度 大小來調(diào)節(jié)LED 亮度。

BP5108 可以通過外部電阻精確的設(shè)定LED 電流。在220V 市電輸入應(yīng)用 中，可以將LED 電流設(shè)在40mA以下。如果需要更高的輸出電流，LED需要采用散熱器或者并聯(lián)外部功率MOS 管。BP5108 具有過溫調(diào)節(jié)功能(Thermal Regulation)。當輸入電壓過高，或者LED 電流過大時，此功能將降低輸出電流， 從而限制溫度上升，保護LED 驅(qū)動電源。

BP5108的主要特點：

¾ 外圍電路非常簡單，驅(qū)動電源體積非常小;

¾ 無需電解電容和磁性元件;

¾ 兼容可控硅調(diào)光;

¾ 母線電壓變化±20%仍可工作;

¾ 超快LED 啟動( <300ms @85Vac);

¾ ±3% LED 輸出電流精度;

¾ LED 電流可外部設(shè)定;

¾ LED 燈串切換電壓可外部設(shè)定;

¾ 高效率、高功率因數(shù);

¾ 芯片供電欠壓保護;

¾ 芯片過溫調(diào)節(jié)功能;

¾ 采用SOP-8 封裝。

BP5108的典型應(yīng)用電路如圖7所示。

高壓光引擎驅(qū)動電源設(shè)計

用 BP5108 設(shè)計高壓光引擎恒流驅(qū)動電源十分方便，光引擎電源的技術(shù)參數(shù) 設(shè)定如下：

¾ 輸入電壓：200Vac ~ 260Vac; 47Hz ~ 63Hz;

¾ 輸出帶載：LED1 134V, LED2 76V，LED3 76V;

¾ 輸出平均電流：22mA (設(shè)定最大電流30mA);

¾ 電源尺寸： 21*19*16mm(長、寬、高)。 高壓光引擎恒流驅(qū)動電源的電原理圖設(shè)計如圖 8 所示，其中 U1 是高壓恒流線性電源驅(qū)動芯片 BP5108，U2 是一個復(fù)合的 MOS 管，將三個同性能的 MOS 管封裝在一起的 BP5102。整個應(yīng)用電路無電感器、無變壓器、無電解電容器。 線路十分簡潔，成本低廉。該方案的性能比較理想。電源的線性調(diào)整率達±4.8%，21mA~23mA/200VAC~260VAC;效率達 90.6%/220VAC;功率因素校正 PF 值達0.968/220VAC;很容易過 EMI(表 1)。電氣特性測試數(shù)據(jù)比較理想，如表 2 所 示。也可用來做 Par 燈，4 燈串聯(lián)的 Par 燈 PCB 版圖如圖 9 所示。

因此，高壓 LED 光引擎的設(shè)計是十分容易和方便的。

圖8 高壓光引擎恒流驅(qū)動電源的電原理圖