专家把脉LED照明电源无电解电容方案惹争议

专家把脉ＬＥＤ照明电源　无电解电容方案惹争议　导读：当前市场对ＬＥＤ照明电源的需求因　应用而异，消费类灯泡的设计要求与路灯或工　业荧光替代灯存在很大的不同。Ｒｏｈｍ公司认　为，ＬＥＤ照明市场用于室内照明的灯泡型渐渐　过渡到直管型，用于室外的街灯也有增加。随　着ＬＥＤ向高亮度化改善，ＬＥＤ驱动电路也逐渐开　始向高输出化发展。　炙手可热的ＬＥＤ照明话题从年初一路延烧　至年尾，人人都知道ＬＥＤ节能环保寿命长，但　在面临大规模应用时，却又因为电源寿命不匹　配、可靠性不足等问题不得不推迟上市时间。　愈来愈多的业内人士认识到，要充分发挥ＬＥＤ　的潜能，照明驱动电源是关键的支撑因素之　对于ＬＥＤ照明驱动电源，当前的主要诉求　集中在高可靠性，以及高效节能等方面。来自　本土的西安明泰半导体科技有限公司总经理邢　先锋针对目前的ＬＥＤ照明驱动电源明确提出三　点要求：　第一、要具有高的可靠性，包括与ＬＥＤ光　源相匹配的长寿命，宽的工作温度适应性（－４０　度一６５度，甚至一５５—８５度），以及宽的电网适　应及自我保护性能等；　第二、要高效节能，Ｐ）￣Ｔｅｓｅｍｉ的产品效　率高达９５％，远远超过我国和欧盟等９１％的一级　能效标准；　第三、在目前ＬＥＤ产品无全面标准情况　下，ＬＥＤ必须满足电气强制标准，特别是ＥＭＣ　的ＧＢ　１　７　７　４　３对应Ｉ　ＥＣ６　１　０　０，电流谐波ＴＨＤ的　ＧＢ１７６２５．卜２００３对应ＩＥＣ６１０００—３—２：２００１，这　要求了电源要有良好的ＥＭＣ，ＰＦＣ／ＴＨＤ。　ｉＷａｔｔ公司一直配合众多ＬＥＤ照明企业提供　电源方案，该公司销售副总裁朱保赉表示，　ＬＥＤ照明电源发展的趋势应该是：高效率、高　可靠性，以及对调光与非调光广泛的应用兼　容性。ＰｏｗｅｒＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ市场营销副总裁　ＤｏｕｇＢａｉ　ｌｅｙ也认为，所有客户都需要可靠、高　效节能的ＬＥＤ驱动产品。　当然，还有其他一些要求存在，比如功　率因数校正（ＰＦＣ），无闪烁可控硅调光，在不　同输入电压、温度及灯泡间都具有高精度恒　流驱动输出，以及一致的导通和关断性能。　ＤｏｕｇＢａｉｌｅｙ表示，ＰｏｗｅｒＩｎｔｅｇｒａｔｉｏｎｓ（ＰＩ）所　推出的器件在隔离式（ＬｉｎｋＳｗｉｔｃｈ－ＰＨ）和非隔　离式（ＬｉｎｋＳｗｉｔｃｈ－ＰＬ）拓扑结构中都具备这些　特性，具体取决于所选用的机械隔离方式和目　标应用所适用的安全规则。　当前市场对ＬＥＤ照明电源的需求因应用而　～　．１ｕｄｅｎｇ１００．ｃｏｒｎ中国路灯４５　异，消费类灯泡的设计要求与路灯或工业荧光　替代灯存在很大的不同。Ｒｏｈｍ公司认为，ＬＥＤ　照明市场用于室内照明的灯泡型渐渐过渡到直　管型，用于室外的街灯也有增加。随着ＬＥＤ向　高亮度化改善，ＬＥＤ驱动电路也逐渐开始向高　输出化发展。　离线型ＬＥＤ照明电源成主流　目前，ＬＥＤ取代型灯泡及其他新型ＬＥＤ照明　的发展十分迅速，主体市场则趋向离线型ＬＥＤ　照明电源。国际整流器公司（ＩＲ）ＬＥＤ部门主管　ＰｅｔｅｒＢ．Ｇｒｅｅｎ￣出，离线ＬＥＤ电源市场主要分　为高功率和低功率两个部分，大概以５０Ｗ为分　界线，不包括手持设备等低压应用。　基于集成型ＬＥＤ的灯泡替代产品大多采用　简单的、非绝缘型降压稳压器ＬＥＤ驱动电路。　这些产品都是采用了最少的元器件数量和最　低的成本，但又必须同时提供足够的流明／每　瓦，以及高于０．７的功率因数，并具有标准的　双向可控硅调光器调光的能力。　高功率ＬＥＤ驱动器通常需要绝缘隔离，　以达到ＵＬ标准。这往往需要其功率因数大于　０．９，并具备调光能力，而这种调光能力可能　是通过基础调光器之外的其他方法实现的。　另外还需要产生至少与荧光灯相等的流明／每　瓦，并具有更长的使用寿命。　ＤｉｏｄｅｓＬＥＤ照明业务部门总经理Ａ１　ｌａｎＬｉｎ　认为，离线型ＬＥＤ照明电源的发展将改变ＬＥＤ　的销售角度，从销售大批量ＤＣ／ＤＣ电源的低电　流、高亮度ＬＥＤ（用于手机、标识及笔记本电　４６中国路灯¨Ｍ～ｌｕｄｅｎｇｌ￣．ｃｏｒｎ　脑），到销售ＡＣ／ＤＣ电源的更高电流ＬＥＤ（一般是　照明应用）。这将提升整个普通照明ＡＣ／ＤＣＬＥＤ　驱动器市场，并增加对电源组建更低成本的需　求。　ＬＥＤ背照灯电视和其他大型ＬＣＤ电视应用　也迎来其他发展空间。他们正由ＣＣＦＬ向ＬＥＤ转　移，从而进一步促进更高电流ＬＥＤ、更高电压　电源市场的发展，并提高对驱动众多大型平行　链的更高电源ＬＥＤ的要求。　无电解电容ＬＥＤ照明方案惹争议　在大多数ＬＥＤ应用中，对ＬＥＤ灯的使用寿命　影响最大的器件就是去耦电容器。高温高可靠　性的电容器会显著增￣ＨＢＯＭ的成本，因此减少　电容的大小是增加电灯寿命及控￣ＵＢＯＭ成本的　一个重要趋势和诉求。Ａ１ｌａｎＬｉｎ表示，Ｄｉｏｄｅｓ　正在研究在未来的器件中减少电容器的大小。　不仅如此，更有不少厂商纷纷推出无电解　电容的ＬＥＤ照明方案。创意电子有限公司产品　工程师龙金节介绍，该公司ＴＫ５４０１、ＩＬ９９１０、　ＴＫ５４０１均为无电解电容的驱动方案，主要用于　球泡灯，ＰＦ值可达到欧洲标准０．７０，外围元件　少，价格低，长寿命且节约空间。随着时间的　推移，市场上的一些带有电解电容的驱动电源　会有相继失效的现象，龙金节认为，无电解电　容的驱动方案是一个必然的发展趋势。　虽然ＬＥＤ是个节能环保产品，目前商用　８０－ｌ２０ｌｍ／ｗ光效已是所有照明产品中最高水　平，但仍有６０％左右的电能不能转换为光能而　转换为热能。所有ＬＥＤ灯具工作时是一个加热　体，使灯具局部形成５Ｏ一７０度甚至８５度的高温　４００００ｄｘ时。　区，会很快将电解电容的电解液烤蒸发，１０００　￣Ｊ３ＯＯＯｄｘ时时就很快失效。　“其实用不用电解，其焦点就是电解的寿　命，也就是整个产品的可靠性。”朱保赉表　示，对于ＬＥＤ电源，担心最多的就是某些元件　邢先锋指出，实际上传统目光灯、节能灯　驱动中电解电容也催在同样问题，只是电源寿　命与灯管寿命相当而没使矛盾特别突出。他表　示，　“无论可靠性还是成本，抑或是可实现性　考量，无电解电容将是ＬＥＤ照明驱动电源的不　二选择。”　针对无电解电容方案，在业界有很多其他　不同的声音。　“我们并不认为无电解电容ＬＥＤ照明是ＬＥＤ　照明电源的发展大趋势。而且从现状来看，技　术方面需要克服的问题很多。”Ｒｏｈｍ公司表　示。　ＰｅｔｅｒＢ．Ｇｒｅｅｎ指出，随着电源需求的增　加，如果不采用电解电容，ＬＥＤ驱动器的设计　会变得非常昂贵。在低功率水平上，通过用陶　瓷电容取代电解电容可以解决这一问题，而在　高品质光源灯具上，电解电容是难以去除的。　事实上，如果电解电容质量很好，可以达　￣ｌＪ１０５摄氏度的工作温度和ｌＯ０００ｄ￣时额定工作　时间，就没有必要将电解电容从ＬＥＤ驱动设计　中去除。　如果在低温条件下，这些元件的使用寿命　可以远远超过１００００￣时，例如，在８５度下，　一个额定寿命为１　００００小时的元件可以运行　的自然老化，例如电解电容，因为它的工作温　度很高；其次就是驱动电源对于电网波动的适　应性及可靠性，例如雷击，因为很多半导体的　元件会因为ＯｖｅｒＳｔｒｅｓｓ而失效。电解电容会存　在电解液干涸的可靠性问题，但是如果简单地　去除电解电容就会降低电源对电网波动的抗干　扰能力，也会带来因雷击失效的风险，因此需　要全面地评估产品的可靠性。　由无电解电容带来的高纹波电流而导致的　低频闪烁开始越来越被人注意，有研究者认　为，低于１６５Ｈｚ的频闪即便是人眼不易觉察，　但这已经对某些人眼造成生理上的不适，幅度　大的低频纹波会也会被导致一些数码像机设备　出现差频闪烁的亮暗栅格。朱保赉认为，虽然　市场很渴望能有既能解决电容寿命又能保持稳　定性及可靠性的新方案，但现阶段在高品质光　源灯具上是难以去除电解电容的。　ＤｏｕｇＢａｉ　ｌｅｙ赞同此观点。他表示，对于不　需要调光的应用，使用ＬｉｎｋＳｗｉｔｃｈ－ＰＨ就可以　省去电解电容。ＰＩ的单级ＰＦＣ／恒流设计可以　让设计师省去大容量电容，这在传统设计中通　常需要在ＰＦＣ级和恒流级之间使用。对电容剩　下的唯一要求是，在输出中通过ＡＣ波形的低点　（此时，电压接近于零）对ＬＥＤ供电。　“这可以用足够容量的陶瓷电容、钽电容　ｗｗｗ　ｌｕｄｅｎｇｌＯ０．ｃｏｒｎ中国路灯４７　或ＯＳＣＯＮ电容来替代电解电容，从而消除ｌＯＯＨｚ　或１２０Ｈｚ的闪烁。对于不太关注调光的高温、　高可靠性工业应用来说，我强烈建议不采用电　解电容进行设计。”ＤｏｕｇＢａｉｌｅｙ强调。　非隔离和隔离型驱动电源将长期共存　目前在一般的ＬＥＤ照明市场上，存在非隔　离设计和隔离型驱动电源之分。　非隔离设计仅限于双绝缘产品，例如灯泡　的替代产品，其中ＬＥＤ和整个产品都集成并密　封在非导电塑料中，因此，最终用户并没有任　何触电的危险。二级产品都是隔离型的，价格　相对比较昂贵，但在用户可以接触￣ＯＬＥＤ和输　出接线的地方（通常在ＬＥＤ照明和路灯照明应用　的情况下），这种产品必不可少。　带隔离变压器或者电气隔离的ＬＥＤ驱动电　源意味着ＬＥＤ可以直接用手接触而不会触电。　而无隔离变压器的ＬＥＤ驱动电源虽仍可以借助　防护外壳实现部分机械绝缘，但此时的ＬＥＤ在　工作时并不能直接接触。　Ｒｏｈｍ公司指出，如何选取绝缘型和非绝缘　型的照明驱动电源，主要在于安全和大小的关　系，要看市场需要。“但是我们认为绝缘型灯　泡在今后将成为主流。”该公司相关负责人表　示。　龙金节也认为隔离型将成为市场的主流。　如果采用隔离驱动，在电源初级侧有问题时次　级侧的光源不会受到伤害，也就是说光源不会　被破坏。随着人们对安规的重视越来越强，隔　离驱动市场前景看涨。　ＤｏｕｇＢａｉｌｅｙ持有不同意见。他认为，两级　架构适用于必须使用第二个恒流驱动电路才能　使ＰＦＣ驱动ＬＥＤ恒流的旧式驱动器。　这些设计已经过时，不再具有成本效益，　因此在大多数情况下都最好采用单级设计。　物理设计决定着驱动器是隔离式还是非隔　离式。安全规则通常要求使用两个独立的隔离　层。设计师可以选择两种物理隔离层，即塑料　散光罩和玻璃护罩，并使用非隔离式电源。如　果物理隔离成本太高、存在机械困难或者吸收　太多光，就必须在电源中解决电气隔离问题。　ＤｏｕｇＢａｉ１ｅｙ指出，隔离式电源通常要比同　等功率水平的非隔离式电源大一些。照明灯设　计师必须在他们所设计的每款产品中进行大量　的成本及设计优化工作。　邢先锋也表示，越简单的方案越有优势，　所以单级框架一直是设计师们孜孜追求的方　向。　“现在有很多实现‘离线性’Ｌ　Ｅ　Ｄ电　源的方法，而最好的方法取决于最终的应　用。”ＡｌｌａｎＬｉｎ说，“我们预见单级（无隔离　及带隔离）将主导取代型灯泡（Ｅ２７，ＧＵ１０，Ｔ８型　灯），对于这些产品来说，成本和解决方案的　大小至关重要。”　由于适用于不同的应用，是采用隔离的绝　缘变压器还是采用隔离的防护灯罩外壳，设计　者在不同的角度考虑永远会有不同的见解。通　常，他们会从多方面去分析，例如成本与制造　工艺、效率和体积、绝缘可靠性和安全规范的　要求，等等。　Ｓｕｐｅｒｔｅｘ公司认为这两种架构将来都会得　到普及。ＰｅｔｅｒＢ．Ｇｒｅｅｎ也表示，在未来这两种　类型的设计都将会继续使用，因为每个设计分　别满足了不同的市场需求。　带变压器的驱动成本较高，但也相应让　ＬＥＤ灯具变得更加实用，能够满足终端用户偶　然接触ＬＥＤ的需要。当白炽灯玻璃外壳很容易　被损坏时，一个Ｅ２７型号的普通灯泡可被替换　成为ＬＥＤ灯。此外，在工业区或者是办公设备　应用中的灯具并不需要接触到终端用户，如路　灯和商场照明，这时的ＬＥＤ灯也确实需要隔离　变压器。　朱保赉表示，作为一个让最终用户能安全　使用的产品，一定会考虑绝缘与隔离的可靠　性。作为完整的产品，产品表面使用者能接触　到的部分一定要经过隔离，不能让人触电。而　从产品整个系统而言，隔离是不可避免的，区　别只是设置隔离的位置不同。有些设计者采用　隔离的变压器设计，因此他们可以简化散热和　灯罩的设计。如果用非隔离的驱动设计，在灯　壳等结构上就必须考虑可靠的绝缘要求。因此　作为电源驱动，隔离与非隔离的方案一直都同　时存在。　ｉＷａｔｔ已经推出的ｉＷ３６１０ｉＷ３６１２系列ＩＣ，　就已经将传统的两级控制（ＰＦＣ＋ＰＷＭ）整合在一　个Ｓ０８的封装内，既能提供恒流控制，也能兼　容切相式调光器，还能改善功率因素。朱保赉　说，这种设计符合ＬＥＤ市场的主流要求。　本土制造商面临成本压力　如今，有大量的小型公司纷纷进军ＬＥＤ照　明业务，市场价格因竞争而不断下滑。如何在　激烈的竞争下，保证设计的可靠性和品质，而　不仅仅提供最低成本解决方案，成为众多本土　ＯＥＭ需要面临的挑战。　“在ＬＥＤ等产业链中的每个人都要面临的　挑战是每月减少灯的整体成本。”ＤｉｏｄｅｓＬＥＤ　照明业务部门总经理ＡｌｌａｎＬｉｎ表示，低成本　ＢＯＭ解决方案也拥有严格的ＬＥＤ电源功率因子和　效率规格。　中国ＬＥＤ驱动电源制造商们可能面对的主　要挑战是找到低成本的ＡＣ／ＤＣ驱动器，从而满　足在低成本电源系统中实现更严格的功率因子　和效率表现。　未来，在空间受限且存在散热困难的系统　（比如ＬＥＤ灯具）中使用高质量、高可靠性的电　源，将不再免费。然而，在最终用户使用过许　多某款寿命在１０，Ｏ００ｄ￣时左右的灯泡之前，要　想证明其质量高是相当困难的事情。　Ｐ　ＯＷ　ｅ　ｒ　Ｉ　ｎｔ　ｅ　ｇｒ　ａｔ　ｉ　０ｎ　Ｓ市场营销副总裁　ＤｏｕｇＢａｉｌｅｙ表示，如果借助在生产适用于严苛　环境（比如家用电器和电表）的高质量电源产　品方面享有盛誉的驱动控制器公司，事情就会　简单很多。　ＬＥＤ是一个全新的照明体系，ＬＥＤ驱动需要　和ＬＥＤ及其模组协调系统工作。“ＬＥＤ驱动不是　一个简单的电源问题。它不仅要满足ＬＥＤＰＮ结　负载要求，也要系统考虑ＬＥＤ模组光、电结构　～ｖ　Ｉｕｄｅｎｇ１００．ｃｏｒｎ中圈路灯４９　设计”，邢先锋指出，　“目前ＬＥＤ驱动制造商　几乎全是传统电源厂商，缺乏系统方案、全方　位考量。”　ＬＥＤ通用照明的推动力。　中国ＬＥＤ驱动电源制造商面临的主要挑战　是遵守政府和行业能源标准，如效率、功率因　子和与ＴＲＩＡＣ调光器的兼容。与行业能源标准　来自ＩＲ的ＰｅｔｅｒＢ．Ｇｒｅｅｎ则指出了产品质　量标准的问题。为了在美国和欧洲市场销售　同样重要的是质量和长期的可靠性，它们都是　ＬＥＤ驱动器，中国原始设备制造商们必须制造　出设计精良的高可靠性产品，并且完全满足ＵＬ　和“能源之星计划”的要求。产品的使用寿命　是至关重要的，因此，采用高质量的元器件和　生产质量控制是至关重要的。同时，在保证高　性能和可靠性的前提下，必须尽可能地降低成　本。　延伸阅读：基于变压器的隔离型ＬＥＤ驱动　电源将是主流　隔离和非隔离ＬＥＤ驱动电源方案各有优缺　点。我们认为，ＣｌａＳＳＩＩ将是主流，因为它简　化了ＬＥＤ散热问题。Ｃｌａｓ　ＳＩ或ＩＩ系统依赖接地　系统，在大多数情况下，跟安装地点很有关　系。ＣｌａＳ　ＳＩＩ较常见，它要求双级或加强型隔　离，也即需要变压器磁性绕组、绝缘带和物理　隔绝。ＣｌａｓｓＩ系统要求一个接地外壳和（或）机　械障碍，而这时ＣｌａｓｓＩＩ系统不需要的。　目前有好几个趋势正在推动ＬＥＤ照明市场　的发展。首先是高亮度ＬＥＤ效率的不断改善和　非常高效率的高可靠性恒流ＬＥＤ驱动电源的不　断涌现，其次是全球立法禁止白炽灯照明（由　于其低效率）和ＣＦＬ节能灯的逐步淡出（如果打　破的话，它会流出对环境有害的水银）。这些　因素综合起来正使得ＬＥＤ照明成为一个长期的　发展趋势。当然，低系统成本（包括ＬＥＤ、热管　理系统和ＬＥＤ驱动器）永远是消费者广泛采用　关键的成功要素，因为与传统的照明解决方　案相比，ＬＥＤ照明的宣传重点是更长的生命周　期。这一优势只有当照明系统作为一个整体实　现了长期的可靠性才能做到，但情况并不完全　是这样。事实上，在很多ＬＥＤ照明产品中，失　效是一个常见现象，大多数是因为电源的失　效，而不是ＬＥＤ的失效。　在设计层面上，这意味着ＯＥＭ必须变成系　统热设计的专家。ＬＥＤ提供高效率，但它们也　比白炽灯或节能灯产生更多的传导热量。由于　许多ＬＥＤ照明应用封闭在一个很小的空间里，　很难用通风的办法来散热。如果没有仔细的热　设计，ＬＥＤ￣Ｉ电源驱动电路很容易因为高温而　退化或永久失效。