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内容:LED通用照明刚刚起步,市场需求主流仍是CFL灯
LED通用照明刚刚起步,市场需求主流仍是CFL灯
发布时间:2017-07-07 14:35   点击率:
目前白炽灯的淘汰已经不再是将来时,而是进行时,今年白炽灯禁用法律已经在阿根廷、澳大利亚、新西兰、法国、意大利和菲律宾生效,明年将在英国、芬兰和荷兰生效,后年将在日本和加拿大生效,2014年将在美国生效,全球最晚的中国也将在2017年生效,这也是为什么CFL节能灯市场需求快速上升的一个主要原因,因为CFL节能灯是目前白炽灯的一个最佳替代选择,不仅价格最接近白炽灯,而且寿命和节能效果远超白炽灯,一只13W的CFL节能灯光效就相当于一只60W的白炽灯,功耗降低了五分之四,寿命提高了8-15倍。
  目前全球灯具市场需求总量大约是100亿只,其中近三分之一(30亿只)是CFL节能灯。NXP半导体照明产品市场资深经理陈嵘说:“未来3年,CFL节能灯市场将快速发展,之后发展速度就会平坦下来,5年后市场需求将逐渐减少。LED灯具目前还存在成本障碍,但LED光源的成本在快速下降,目前市场正在试用阶段,预计LED灯具将会在未来5-10年内占据通用照明市场的主流地位。”
  市场研究公司Datapoint Research今年6月发布的一份报告要显示,从2007年到2013年,白炽灯市场正在呈快速下降态势,CFL节能灯市场正在强劲上升,LED照明处于方兴未艾状态。
  目前CFL灯具驱动解决方案绝大部分是NXP提供的。“NXP每年的全球CFL驱动器销售量超过6千万,其中1千万片是在中国市场销售的,目前超过20家全球客户在使用NXP的CFL驱动解决方案。”陈嵘表示,“之所以能取得这样的市场领导地位,是因为NXP具有独特的高压工艺,它使得我们能把控制、MOSFET和MOSFET驱动电路一起集成在一个Die上,其它供应商通常需用两个Die,再封装在一个芯片上,因此我们的成本可做得更低,而这对于成本敏感型的CFL灯具市场来说是至关重要的。”
  目前CFL节能灯市场存在的主要问题是:CFL灯具的品质参差不齐、CFL灯泡需要经过较长时间的预热才能达到最高亮度、与现有TRIAC调光器不兼容。
  现在很多消费者抱怨,买回家的CFL灯具没用多久就变黑或不亮了。这一品质问题的根本来源于欧盟目前的CFL灯具标准:即CFL灯具的合格率标准为50%,因为欧盟是中国CFL灯具制造商的主要目标市场,他们的产品合格率基本上取决于欧盟市场的要求。合格的CFL灯具使用寿命是6000小时(差不多6年),但由于合格率只有50%,因此差不多有一半的用户买回家的CFL灯具是不合格,其使用寿命可能只有几百个小时。
  这一问题可能要到2013年才会改善,因为欧盟新的CFL灯具标准要到2013年才会实施。新标准将合格率提高到70%,这意味着2013年后的CFL灯具消费者买到不合格产品的概率会低很多。
  新标准还将CFL灯具的开关次数大幅提高了3倍,从2009年的1万次到2013年的3万次。一旦CFL灯具的开关次数达到规定的数字,其灯丝就会变黑,这灯具就不能用了。提高灯丝开关次数寿命的方法是每次打开开关前先预热灯丝,但这方法只有采用基于IC的驱动方案才能实现,现有的基于分立元件的驱动方案是做不到这点的。
  在今年的香港国际照明展上,NXP展出了基于其最新UBA2211驱动器的13W内嵌式CFL驱动解决方案,它的效率可做到90-92%。与目前市场上主流的分立式解决方案相比,基于IC的CFL驱动方案可将周边元器件数量降低到十几个,不仅PCB板可做得很小及很简洁,成本也只会增加几元钱,而且还会带来很多的性能提升。
  例如,陈嵘表示,NXP基于UBA2211的CFL驱动电源方案可以解决以下几个问题:CFL灯具寿命可延长50-150%、开关次数可提高3倍到30倍、产品一致性可大幅提高、光电转换效率可提高2-5%、减小灯具尺寸、支持高效深度调光、缩短灯具启动时间、降低产品开发和人工成本、以及恒定输出功率(降低输入电压依赖性)。
  与LED驱动电源方案不同的是,CFL驱动电源方案不需要采用专门的EMI消除元件,它可以用2个小陶瓷电容来实现这一功能。另外,电源输入回路所需的铝电解电容(主要用于消除纹波电流)也不会影响CFL驱动电源的寿命,因为CFL是辐射光源,铝电解电容的工作环境温度不会像LED驱动电源那样高达1百多度,因此它的工作寿命也就不会受到多大影响,一般多能达到6千小时以上的工作寿命。
  陈嵘指出:“目前市场上只有约2%的高品质CFL灯具在采用基于IC的驱动解决方案,我们希望未来有更多的CFL灯具制造商采用内嵌式IC驱动方案。”
  不过,对很多CFL灯具或驱动电源开发商来说,采用IC驱动方案也有一些实际的难处。例如,深圳恒耀光电科技有限公司技术部部长何其辉说:“我们现在生产的CFL驱动电源既有分立式的,也有IC式的。基于IC的方案的确有很多性能上的优势,是未来的发展主流,但目前对我们来说还有一些工艺实现上的问题,如目前所有的CFL驱动电源PCB板皆采用波峰焊(因成本考虑),这些加工厂是没有贴片机的,因此需要工人用手工方式将IC贴装到PCB板上,而这会因ESD等问题带来最终驱动电源产品的可靠性问题。”
  目前市场上的大部分CFL驱动器不能支持很宽的调光深度,因此无法支持市场上所有的TRIAC调光器。陈嵘透露:“我们现已开发出支持所有市面上TRIAC调光器的CFL驱动芯片,它的调光深度高达1%,不过,这芯片的正式发布要到明年。”

  LED照明:战略投资方向
  LED固态照明目前被广泛认为是中长期高效能照明的首选方案,其效能可望达到白炽灯的10倍。目前LED的使用主要在于建筑照明、装饰照明和效果照明,以及交通信号和路灯照明等特殊应用。
  为了使LED照明跃升为室内照明的主流技术,目前业界正在亮度、效率、光衰和成本等方面做进一步的努力,预计在不久的将来就能取得显著进展。
  为了延续自己在CFL照明市场上的领先地位,NXP这几年也在为这5年后将蓬勃发展的新兴市场做必要的战略投资。目前已开发出针对10W以下LED灯具驱动的SSL2101驱动芯片和针对10W-25W范围的LED驱动芯片SSL2102,SSL2102支持TRIAC调光。
  陈嵘表示,“NXP的LED驱动解决方案SSL2101/2102自2009年5月发布以来,销售量已经超过1千万片,很受市场欢迎,它们也是目前市场上唯一达到LED寿命标准的LED驱动芯片(寿命超过7万5千小时),并在今年5月拉斯维加斯国际照明展上获得技术创新大奖。”
  他说,明年我们还将推出支持外置MOSFET的LED驱动芯片SSL2103,它可以驱动更大功率,如25W-100W。
  目前影响LED通用照明市场的2大主要问题是:LED灯具太贵、LED驱动电源寿命偏低。一个13W的LED灯泡需要250元人民币左右,而一个一流品牌的13W CFL节能灯只需20元左右,二流品牌的13W CFL灯可能只需要15元人民币。
  LED灯具太贵的原因有二:一是高亮度LED光源的成本太高,二是LED散热金属壳的成本居高不下。
  好消息是高亮度LED光源的成本每年都在快速下降。陈嵘表示:“目前LED光源的成本正以40%的速度快速下降。”Cree中国区副总裁兼总经理施毓?N也说:“高亮度LED的成本目前正以25%左右的速度往下掉。”
  3W以上LED灯泡需要采用金属散热外壳来散热,功率越大,需要的金属外壳越多,成本也就越高。因此,陈嵘指出:“解决LED照明散热瓶颈的未来最终方案只能是提高光效,以降低LED功率。另外一个解决方法是从点光源走向面光源,这样每个点上的LED功率不需很大,从而可以有效消除散热问题。从这个意义上讲,LED灯泡可能只是一个过渡性产品。”
  LED驱动电源寿命偏低的一个重要原因是驱动电源所需的铝电解电容的寿命不足,主要原因是长时间工作时LED灯具内部的环境温度很高,导致铝电解电容的电解液很快被耗干,寿命大为缩短,一般只能工作5千小时左右。而LED光源的寿命是5万小时,因此铝电解电容的工作寿命就成为了LED驱动电源寿命的短肋。
  现在有些供应商为了解决这个问题,发明了无铝电解电容的LED驱动电源方案。但并不是所有的LED驱动电源供应商都赞成这种做法。陈嵘指出:“目前量产的LED照明驱动电源中没有一款是采用了无电解电容的驱动方案,因为没有它的话,很多试验标准通不过,如EMI测试和无闪烁测试。”
  而采用铝电解电容的LED驱动电源方案很容易通常以上测试,如果换成薄膜电容和陶瓷电容或钽电容,情况如何呢?薄膜电容要达到相同的电容量(一般为100-220uF),体积就会很大,而且成本也太高,陶瓷电容一般容量太小,如用多个陶瓷电容实现这么大的容量,占板面积和成本都太大,钽电容要具有这么大容量,一是太贵,而是耐压太低达不到要求,因此换成其它任何种类的电容,基本上不是体积太大,就是太贵,如为了这些缺点换成容量较小的电容,消除纹波的效果就没有那么好,很多出口产品所需的严格认证测试指标就无法通过,因此目前高质量的LED驱动电源还是普遍采用铝电解电容。
  深圳恒耀光电科技有限公司技术部部长何其辉说:“很多供应商宣称的无电解电容LED驱动电源方案,很可能只是去掉了AC输入端的铝电解电容,恒流输出端的铝电解电容应该是很难去掉或替代的。”
  在这次的香港国际照明展上,NXP还展示了一款可TRIAC调光的内嵌了驱动电源的13W LED灯泡,这款基于SSL2102的驱动电源方案采用了铝电解电容。当笔者问及该灯泡的工作寿命时,陈嵘说:“铝电解电容的工作寿命问题肯定会影响到整个LED灯泡的寿命,但可以采取一些物理方法来缓解这个问题,如将铝电解电容在PCB上位置靠近灯尾,一般来说,最靠近LED光源部分的温度最高,可达到100-200℃,散热金属外壳部分其次,一般为100℃左右,灯尾部分最低,一般为70℃左右,因此只要注意把铝电解电容的位置靠近灯尾,其寿命就不会衰减得太厉害。我们的实验表明,它的寿命还可达到1万小时左右,相当于10年使用时间,这对于一般家庭用户来说,十年换一次LED灯泡基本上是可以接受的。”
  从LED驱动电源的架构上来说,陈嵘表示,日本和美国将以非隔离式方案为主流,因为他们的电网输入电压只有110V。而中国和欧洲将以隔离式方案为主流,因为它们的电网输入电压高达220V,隔离方案的安全性有保障,尽管成本可能会偏高一些。