SSL技术发展的障碍与LED照明解决方案分析

   电子产业已经为LED照明 搭建了重要的舞台,并为几乎每种家庭和商业应用都准备了丰富的产品。

　　LED 的好处不仅得到了广泛宣传,而且其更高效率、更长产品寿命、更低成本和环保的性能已得到证实。LED照明已经准备就绪,那么LED照明何时会走入寻常百姓家？

　　虽然我们经常会看到LED的新用途,但用于一般照明应用的LED似乎已经非常完善。当然,在亮度 和效率方面还有提升的空间,但从大的方面看,除了商业和特殊效果照明外,LED已经达到最高发展水平了吗?LEDtronic s公司营销经理Jordon Papanier相信不会再出现任何本质性的设计突破。

　　“在适合标准A19灯泡封装尺寸的普通LED室内灯流行之前,每流明 瓦数仍需要进一步提高。”他表示。

　　另一方面,Microsemi 公司照明与汽车产品部营销总监Irene Signorino则更为乐观。

　　“总的来说,LED照明市场无疑仍处于培育阶段。确实有些特殊LED应用在一些行业分析师看来已经成熟,但是,大部分市场仍具备许多开放可能性。”她指出。

　　“在达到最高水平之前我们仍有许多工作要做。大多数产品非常好,在总的光照和色彩质量方面能够给消费者提供与白炽灯相似的体验,并且功耗低得多。这已经足够引起人们对LED照明的兴趣了。不过仍有改进的空间。”TI公司照明电源 产品部策略营销总监Peter DiMaso表示。

　　“关键的设计突破将来自以极具成本效益的方式给简单的电灯泡替换增加通信 和智能功能,包括智能占位检测、色彩调整、远程控制以及可以通过互联网访问的无线 或有线技术等。”DiMaso表示。

　　因此,在固态照明 (SSL)前沿领域我们还未达到最高发展水平,仍有改进和创新的空间。

　　“当人们提起SSL时,他们总是只想到LED,并且只是单个元件 。”Osram Sylvania公司固态照明与新兴市场部门高级总监Makarand Chipalkatti指出。

　　“在总的发光系统中仍有许多工作要做,其中包括光学 、架构集成、功率 分布、控制和通信等,而最关键的是人的因素,应理解发光系统不只是灯泡,关键是光线输出。”Chipalkatti提醒道。

　　“普通照明：我们正处于LED爆炸式增长的早期阶段,”Tranxon Technologies与e：cue lighting control公司总裁Tony Carrella表示,“消费产品在不断改进,也就是说,每瓦流明数、CRI(染色指数)、成本和制造替代将可能成为最活跃的领域。”

　　SSL技术发展的障碍

　　LED照明更加高效,因此能够降低电费。由于LED具有很长的寿命,因此通过长期运行更是显得便宜。SSL可以达到传统白炽灯和冷阴极荧光灯(CCF)照明的亮度,甚至更高,而且可以调光。

　　那么,大多数消费者转向全LED照明的最大障碍又是什么呢?几乎每个人都同意,成本是SSL得到普及的最大障碍。在前端市场,LED照明并不便宜。

　　“对大多数消费者来说主要的障碍还是价格。”Future Lighting Solutions公司全球营销通信经理Heather Goldsmith认为,“在传统灯泡只需几个美元的情况下,消费者是不愿意在LED灯 上花20至30美元的。即使是电费高涨,大多数消费者也不愿意对 LED照明作出初始成本投资。”

　　除了价格外,还有其它一些有趣的因素阻碍着SSL技术的发展。

　　“对大多数消费者来说最大的障碍无疑是价格。”ERG Lighting公司新业务开发经理Mike Kretzmer表示,“然而,缺少标准化以及早期产品令人怀疑的质量也如影相随。更要命的是,LED是电子产品,而且照明一直属于电气领域,这将在设计灯具和购买灯具的人之间产生相当大的知识隔阂。”

　　“主要问题总是这样一个事实：任何LED灯泡替换品不可避免要比替换掉的电灯泡昂贵得多。”国际整流器公司(IR)LED部门经理Peter B.Green表示。

　　“其它阻碍因素涉及与电灯泡相比的光源性能,包括可调光能力、色温 、或LED发射光的白度、相对电灯泡的发光量,以及光线是否能高效而均匀地分布,并且不产生暗区或奇怪图案。”他指出。

　　“经常提及的LED普及障碍是价格。消费者仍然还有一种丢弃心理,他们希望能以白炽灯和CFL(紧凑型荧光灯)相同的价格购买到更好的光源。”美国国家半导体公司 SSL事业部应用工程师Matt Reynolds表示。

　　“消费者很难理解SSL的回报和长寿命优点,总的来说还是不明白LED照明能提供什么。”Reynolds补充道,“培养公众意识并确保我们不掉进CFL陷阱(一种可靠性很差的光源)将是关键,而且可靠性和良好回报的证据需要展示出来。”

 　除了成本外,Optek公司可视LED产品工程师Daniel Jacobs提供了其它一些可能的阻碍来源。“知识也会造成一点点障碍,因为消费者一般不熟悉SSL技术。”他指出,“错误的感觉也是个问题。便宜、低性能的产品已经进入市场,并损害了LED产品的声誉。例如,LED交通信号是最显著的LED应用之一,但其可靠性表现得非常差。”

　　总结LED制造商的观点可以发现,SSL面临的最大障碍是价格、消费者意识和相关知识,以及可靠性证据。假如针对这些问题的解决方案正在开发中,那么何时我们能看到LED得到广泛普及呢？

　　LED照明市场已准备就绪

　　LED照明问世已经有很长一段时间了,那么如何才能将SSL推广进每个家庭呢?也许要一点政府强大的支持,类似联邦通信委员会强制向公众推广数字电视那样?LED什么时候能够完全作为主要的光源呢？

　　“我的感觉是,如果没有政府的强制措施或推动,SSL照明的普及将非常缓慢,达到完全替换的程度可能要用10至20年。”Global Lighting Technologies公司销售总监Brett Shriver表示。

　　“政府已经在通过节能立法影响市场,这意味着替换其实已经开始。”Sabic Innovative Plastics公司LED/照明部全球产品营销经理Hans-Otto Schlothauer指出。

　　“在有更好的标准化或政府推动之前,一般民众不可能完全支持这种技术。”ERG公司的Mike Kretzmer表示。

　　谈到完全转向SSL,Supertex公司营销副总裁Hernan DeGuzman谨慎地将其与数字电视作了比较。“成本是一个压倒性的因素。对消费者来说,数字电视的成本已经下降到与模拟电视相当的程度。同样,LED 灯的成本也必须降低到与白炽灯相同或稍高一点。”他认为。

　　IR公司的Peter B.Green指出,由于LED光源 相对较高的成本,也许有必要通过禁止白炽灯来推进SSL的普及。“我估计在今后10年中LED将成为一般性应用的主要光源。”他表示。

　　除了成本和政府强制措施外,Future Lighting公司的Heather Goldsmith持更有针对性并且乐观的观点。“当针对通用照明市场领域的照明解决方案关注于标准而不是定制解决方案时,LED就将担当主角。如今市场已经作好准备。因此对于何时普及的答案就在为每个用户应用找到正确的LED解决方案之中。”她指出。

　　LED照明解决方案

　　对于消费者和商业用户来说,市场上并不缺乏LED照明产品。例如,ERG Lighting公司的eDriver系列LED电源 就包括恒压和恒流模块(图1),每种都能达到90%的效率。这些模块都是完全隔离型模块,提供通用输入(120、220、277V),功率因素校正大于90%,并具有0至10V的调光功能。

　　图1 ERG Lighting公司的eDriver系列LED电源就包括恒压和恒流模块

 

　　Global Lighting Technologies公司通过整合边缘光LED导光技术和大批量生产能力,提供细长、轻型、高效和极具成本效益的槽型聚光灯(图2)产品,这些产品可以发出明亮均匀的光线,没有热点或暗区。尺寸为23.5x23.5英寸,厚度为0.35英寸,重量不到3kg,这种器件可以提供超过60流明每瓦的亮度、 4000K/6000K的色温,功耗为45W。

 

　　图2 Global Lighting Technologies公司的槽型聚光灯

 

　　LEDtronics公司的焰舌型表贴LED枝型装饰灯采用焰舌形状、紫外线保护的塑料透镜 外壳,允许LED在多个方向(图3)上发出三维光,主要用于家庭照明应用。DEC02SMB11E26系列灯的功耗是3W,可提供174至202流明照度 。另外,这种灯可以提供360°的放射光束和135°的视角。

 

　　图3 LEDtronics公司的焰舌型表贴LED枝型装饰灯针对的是家庭照明应用

 

　　Microsemi 公司推出的LXMG221W-0700034-D0电源模块 (图4)支持5至16个LED,提供90至305Vac的通用输入电压范围。这种产品的总谐波失真(THD)不到20%,可恒流单串输出700mA电流,在高达34W负载条件下可提供14至48V直流输出电压,峰值效率为90%。同时可以通过0至 10V的调光控制和电位计调至10%。

 

　　图4 Microsemi公司推出的LXMG221W-0700034-D0电源模块

 

　　Osram 的超白Oslon SSL LED(图5)尺寸仅为3x3mm,但可以提供高达1W的输出和100lm/W的发光效 率。这种LED的光束角度达80°,在热阻为7K/W,工作电流 350mA下,超白光(5700K和6500K)典型亮度可达110流明,最大光通量 为130流明。

 

　　图5 Osram的超白Oslon SSL LED(采用3x3mm的紧凑型尺寸,但可以提供高达1W的输出)

 

　　Supertex公司的AT9917和AT9932 LED驱动 器主要用于汽车照明应用,如头灯、尾灯和顶灯、指示灯以及仪表板背光灯(图6)。AT9917使用峰值电流模式控制方案驱动 单个开关 转换器,并 集成了跨导放大器和采用外部FET的故障输出电路。AT9932采用前馈电流控制方案,降低了对输入电压瞬变的易感性。

　　TI公司的TMD SDCDCLEDKIT LED DC-DC开发套件基于Piccolo MCU 和controlCARD开发平台(图7),它将所有必要的硬件和软件捆 绑在一起,可用来开发数字控制的LED系统。一个MCU可以控制DC-DC电源级电路和多达8个LED串。值得注意的是,这个套件是完全开源的,同时提供 Gerber文件、原理图和材料清单(BOM),并且都是免费的。

　　来及其他技术的挑战

　　技术历经提出、开发、发展和变化的过程,有时它们会误入歧途。在任何给定的技术中,竞争性的变化和替代技术通常能保持市场的兴趣。在通用照明市场上还有哪种照明技术能与LED激烈竞争呢?ERG公司的Mike Kretzmer认为CFL有可能。

　　“过去几年中许多CFL的寿命延长了两倍多,并且初始成本仍远低于许多家庭应用中的LED。然而,在CFL调光功能得到显著改进以及出于处理目的不使用汞和其它有害副产品制造它们的技术出现之前,CFL很难仅靠成本与SSL竞争。”

　　“射频 等离子 是一种更高功率的技术,而量子点技术是未来的新秀。”TI公司的Peter DiMaso表示。

　　“HID(高亮度放电)照明仍保持着一定的市场份额,因为与荧光灯相比它们具有很高的每瓦流明数和较长的寿命,虽然远低于LED。感应照明也继续保持了一定的市场份额。这些光源可能最终都会被LED取代,但不是几年中能完成的。”IR公司的Peter B.Green指出。

　　“一些研究人员正在开发大功率OLED (有机LED),准备用它制造出办公室和家庭使用的超薄光板,但这些光板发热严重,甚至比卤素灯还热。这些光板的长度是 2英尺或4英尺,或者可覆盖天花板或房间的墙壁。“LEDtronics公司的Jordon Papanier表示。

　　但业界的主流意见认为,LED将是未来SSL技术的主宰。“目前我没有看到任何大的威胁。”美国国家半导体公司的Matt Reynolds表示。