蓝光LED光引擎设计思考

LED照明市场呼唤LED光引擎

LED照明灯具的蓬勃发展，千军万马竞相加入，在全世界几乎每天都有新公司诞生，特别是室内照明的海量市场，迫使传统的照明企业试水加盟。LED照明灯具是一个电子产品，它不仅需要如传统灯具那样的结构、外壳，还必须给予各种串、并联矩阵的LED 光源灯板、AC/DC 的恒流驱动电源、铝或陶瓷等的散热器，LED 照明灯具生产厂家需要聘请电子、光学、结构的设计工程师；而传统的照明灯具只不过是一具电器产品，传统灯具厂家主要设计、生产灯具的结构造型，发光源----灯泡是向专业厂买来插上就能用的通用件。

目前的LED 照明灯具设计五花八门、各行其道，给生产、使用和产业管理都带来不便，特别是从传统照明灯具厂转型到LED 照明灯具厂，或刚进入LED照明行业的初始者，都会感觉不知所措，从何入手为好？刚刚进入LED 照明灯具的产业，为了降低风险和成本，往往只能从购买现成的LED 光源灯板、AC/DC的恒流驱动电源、铝或陶瓷等的散热器来拼装。有很多传统照明灯具厂的业主希望能如买灯泡那样省力，买一个现成的“LED 光源+AC/DC恒流驱动电源”的模块，放入其传统灯具的壳体内就可华丽转身为一款新的LED 照明灯具。现在梦想可以成真啦，LED 照明灯具专用的，LED光源和AC/DC 恒流驱动电源一体化的模块--LED 光引擎已经诞生，并可大批量生产。传统照明灯具厂和新入门的LED照明灯具企业，可以很方便的将LED 光引擎用于新型LED 照明灯具的批量生产，从而加快了从新产品设计到量产的进程，大大缩短了新产品开发周期。LED照明市场呼唤LED 光引擎早日诞生，并尽快进入照明市场。

ZHAGA 联盟

今天，LED 照明灯具设计者与用户面临的一个挑战是，光源与驱动电路之间没有标准化接口。欧洲的ZHAGA 联盟发起了一场全行业的行动，为LED 光引擎开发标准进行规范。LED 光引擎是拥有规定接口的LED 模组，而这些接口与光引擎内部使用的LED 技术类型无关。

事实上，在2010 年2 月初，Cooper Lighting 、 Osram 、松下、飞利浦、东芝等在内的全球九家照明行业巨头宣佈将发起成立一个合作组织---ZHAGA 联盟，目前参与成员已有25 家公司。

厂商生产的产品可有互换性。为了配合LED 技术持续且高速的发展，藉由定义各种专用光引擎介面接口资料，ZHAGA 标准将涵盖物理尺寸，以及LED 光引擎的光学、电气与热性能等，进而最终实现ZHAGA 联盟内不同制造商之间产品的兼容性、互换性。

ZHAGA 标准的建立，将有助於防止不相容光引擎的市场分化，使消费者可以安心选择和购买市场上具有可兼容性的LED 照明灯具產品，同时亦能持续享受LED 照明技术所提供产品效能的升级。此外，ZHAGA 标准的建立也会促进LED 照明应用领域技术的创新，并提升社会总体经济效益。ZHAGA 联盟是一个开放的组织，会员可共享其IPR 智财权，开放照明产业内各公司的加入。该组织成员包括LED 光引擎和LED 灯具的生产厂商，也包括零部件供应商(例如散热片和光学零部件)。

ZHAGA 联盟推动LED 光引擎介面接口标准如图1 所示。

LED 光引擎

目前所能见到的 LED 光引擎大多数是用白光LED 来做光源的，如Osram的PrevaLED 核心的光引擎，输出流明达800 - 3,000lm、色温3,000 K--4,000K 、CRI 显色指数> 90 、视角宽度> 130°、系统效率可达75 lm/W(图2)。它的应用与散热器的安装十分简单方便，如图3 所示。

图2 PrevaLED 核心的光引擎

图3 应用安装十分简单

富昌照明的simpleLED 光引擎，由3 个大功率暖白色LUXEON Rebel LED组成，该LUXEON Rebel LED 按ANSI 分档，相关色温为3000K，每个LED产生的最小光通量为66 流明。该光引擎包括一个Carclo 三透镜底座，具有20mm35°磨砂宽光束的单LED 透镜，以及泰科Mini CT 连接器(图4)。

图4 simpleLED 光引擎

白光LED(WLED)用久变性问题

传统的白光 LED 是直接在蓝光LED 上涂覆黄磷荧光粉的，由于白光LED点亮后热量很难散发，黄磷荧光粉在长期高温熏烤下容易变性，导致用久之后显色指数变差。在LED 灯具内，如将黄磷荧光粉不直接涂覆在白光LED 上，而是做成一黄磷滤色镜，在灯具内与蓝光LED 保持一定的距离，两者叠加使用，同样可求得LED 灯具的白光或暖白光效果。由于黄磷滤色镜远离LED 热源，因此，不会因LED 光源的长期高温烧烤而老化变性，CRI 基本不变；黄磷滤色镜的配方可调，灯光的颜色、色温可随客户的需要调制，可满足客制化的要求，生产差异化的产品。
 

设计蓝光LED 光引擎

蓝光 LED 光引擎的架构设计是一种创新的理念，完全不同于前述的白光LED 光引擎。蓝光LED 光引擎将蓝光LED 光源板、AC/DC 恒流驱动电源板、黄磷滤色镜集成在一体。其架构原理如图5 所示，市电经AC/DC 恒流驱动电源变换输出恒流直流电点亮蓝色LED 光源，蓝光经黄磷滤色镜的过滤，使LED 光引擎发出白光或暖白光。工作原理如图6 所示。

恒流驱动电源

恒流驱动电源是整个光引擎的动力源，因此要选用集成功能强大、应用电路简洁，能满足光引擎对驱动电源的能效、功率因素、EMC 等要求的单级驱动IC，采用初级段控制的PSR 电源电路既可满足需要又可以节省空间和生产成本。

图7 是在上海三品照明设计开发的蓝光LED 光引擎的实物照片，在一标准的壳体内，底部铝基散热板上紧密贴装的是蓝光LED 光源板，环形的PCB 板是恒流驱动电源，电源线可直接连接AC。这款蓝光LED 光引擎还具有光引擎内部温度智能控制功能，内置温度传感器，当光引擎内部达到设定保护温度(75-80 ºC)时，温度控制电路开始动作，将输出电流按1/256 阶的速度下降，直到灯具温度降到设定保护温度之下，输出电流恢复正常。以达到保护LED 光源和驱动电源寿命的目的。恒流驱动电源采用全电压设计，AC90-260V 宽电压范围输入，功率因素(PFC)>0.9，效率>80-85%，色温为2700-3000K，5000-6000K，CRI>80 以上。如有其它色温和CRI 的要求，可以特别定制。并有调光和不调光2 种可供选择。在底部的铝基散热板外侧覆有荷兰进口的工程导热塑胶片，强化热量的传导。外部散热器可通过铝基散热板底部3 个螺丝孔方便的锁紧。图8 是该蓝光LED 光引擎系列产品。为确保品质目前的黄磷荧光滤色镜全部美国进口。

传统照明灯具厂和新入门的LED 照明灯具企业，可以很方便的将此蓝光LED 光引擎用于筒灯、嵌灯、天花灯等LED 照明灯具新产品中。蓝光LED 光引擎将海量应用在商业照明和室内照明的LED 灯具内，市场前景十分看好。

恒流驱动电源的IC 目前市场可以有多种的选择，如是考虑隔离的电源，建议选用可以初级侧控制的驱动IC，如图9 所示AC/DC 恒流源电路图，因此设计的PSR 电源电路简洁，使用元器件少可有利于生产调试和有效地降低成本。

“能源之星”对LED 光引擎的要求

在“能源之星”有关住宅用照明设备认证计划中，有对使用LED 光引擎的照明灯具的要求。其中对于灯具中使用的LED 光引擎，有具体的规定(见表1)。这里的LED 光引擎是指LED 灯具中的一个子系统，包括一个或多个LED 封装，或一个LED 阵列，或一个LED 模块；一个LED 驱动电源；电气和机械介面；以及一个提供散热功能的整体散热槽。LED 光引擎还可包含附加的提供美学、光学和环境控制功能(散热除外)的零件，它主要与分电路相连接。