固态照明系统解决方案成功故事

 固态照明系统解决方案成功故事

早前，当我开始为固态照明系统开发LED驱动解决方案时，业内充彻着对"系统级解决方案"设计的争论。这个概念性解决方案的意思就是把热学，光学，LED以及电子学的设计专业知识整合到一起，从而获得可能的最佳固态照明解决方案。在理论上，一个专家团队齐心协力开发一套系统，即可了解所有的设计难点，因此，跟孤立的个人设计师相比，就更有可能开发出优化的固态照明系统设计。但截至目前，我还没有见到此类合作取得了大的进步。

背景

在过去的十年里，LED制造商们迅速提高了LED的能效。行业认为对于固态照明项目来说提高LED的能效是唯一重要的性能指标。比起现有的一些技术，固态照明解决方案在成本上没有任何优势，LED制造商们一直关注的是每瓦的流明数，甚或每美元能实现的流明效果。

电力电子和芯片生产商在交流/直流和直流/直流电压调节拓扑技术方面有30多年的经验可供参考。虽然固态照明设计跟电压调节应用不太相同，但是这些行业的技术知识和电力电子生产专业技能已经准备就绪。市场上早期固态照明产品所使用的LED驱动拓扑技术不断改善，现有的电压调节方案也在改进当中。 交流/直流/LED驱动器有些独特的要求，这些要求促使一个电力电子公司努力为固态照明驱动器市场开发出高效，稳定可靠且性价比更好的方案。

固态照明系统的初级和二级光学元件是该系统内需要对性能和成本进行优化的一个重要组成。虽然二级光学元件导致的流明损失比起LED和电力电子产品来说非常小，但是它也需改进，这样才能与整个行业一起进步。
固态照明系统成本以及它如何影响设计进程

为了使固态照明得到大规模应用，其最终设计成本跟白炽光源相比必须要有竞争力。LED是固态照明解决方案材料清单里最昂贵的部分，LED是在很小的薄片设备上生产的，这些设备还没有进行过优化。此外，LED的销售也还没真正影响经济规模。固态照明发光体的生产商们意识到降低系统成本的最简单办法就是减少系统的LED数目，这促使LED生产商开发出更高能效的LED产品，并致力于提高LED的流明输出，如提供更大功率的LED。

电力电子和电源芯片行业已经非常成熟，他们的生产过程均已经过优化，因此只能很小程度地节约成本。

能源之星认证对系统发展的影响

美国政府推出能源之星以保护消费者，保障发行到市场上的照明产品的质量。能源之星的一个基本要求就是终端产品必须达到一个最小流明/瓦。固态照明替换灯泡在进行重设计时要求流明/瓦的范围在40lu/W到50lu/W。有能源之星认证的实验机构可以通过一组产品终端应用的标准化程序指标来测试生产商提交的产品。测出的流明数及记录下的输入功率，将生成效率值，以此可以了解产品是否能满足能源之星的要求。

所有这些都是希望最终能令这个行业实现真正的大众化应用，LED生产商们在LED的能效方面取得了巨大的进步，光学产业把流明损耗降至最小，同时提高了产品的光学性能。而电力电子和芯片厂商则在开发适用于LED驱动器的系统，一切正朝着更好的方向发展。

成本与兼容性（有所冲突）

一个逐渐凸现的问题是照明厂商希望逐渐减少系统所需的LED数目。虽然在业务层面，这并不是很好的消息，但它确实为整个行业带来无法预见的技术挑战。在A19/E27灯替换市场中该问题第一次被人们注意到。

基于此，人们会假定LED驱动器的效率提高（或者至少跟原有的设计类似），当系统中LED的数目减少时，则LED的输出流明数就会增加。但截至目前，这一假定都没有实现，究竟哪里遇到了问题？

典型固态照明替换型灯泡规格

60W白炽灯固态照明替换型灯泡要求：
• 输入电压–115VAC (+/-20%)
• 输出电压–10个LED串联(31V – 36V)
• 流明输出–800流明
• LED正向电流–350mA
• 输出功率（最大）–12.6W
• 目标效率值–85%
• FCC等级B
• 符合UL8750
• 寿命超过5万小时
• 系统工作温度50°C

目前的趋势是增加LED的正向电流(实现更高功率)，减少系统内的LED数目，期望新的规格如下：

• 输出电压–5个LED 串联(15V–17V)
• LED正向电流–700mA
• 输出流明~800流明
• 输出功率(最大)–11.9W
• 目标效率值–85%

虽然输出功率降低了，但是效率参数维持在85%，同时，人们希望每瓦的流明数更大。但实际上，转换器的效率会极大地降低，每瓦的流明数也就会相应减少。而更值得注意的是，电路内的功耗会随之增加，这将带来