LED照明技术行业分析.ppt

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1、LED照明技术及行业状况,作者：陈思源日期：2010年11月16日,版本号：1.0,LED光源技术 照明常用的LED光源,大功率LED光源（1-3W封装光源产品）,1W大功率LED光源在照明产品应用中最为广泛：球泡灯、手电筒、应急灯、室内外景观装饰灯、道路及庭院灯等等。现在单颗1W的LED光源美国“科瑞”最高亮度可以做到150LM/W、显色指数0.75、色温4200-5000正白。这是目前可批量供货中光效最高的光源。也是价格最贵的（单价RMB30元左右）。国产单颗LED光源的光效可以达到110LM/W，但其稳定性还缺乏测试数据支持。成熟稳定的国产LED光源光效在80-90LM/W，价格一般在5

2、-8元RMB之间。到2012年世界一线品牌大功率LED光效可以做到300LM/W左右。国产一线产品光通量可以达到150LM/W左右，价格将降至元RMB之间。2015年光效可以达到250LM/W左右，价格在元RMB之间。,几种常用1-3WLED封装,LED光源技术 照明常用的LED光源,大功率LED集成模块光源,大功率集成封装LED光源是2007年国内兴起的一种封装形式。它是将N颗1W功率的蓝光晶圆封装在一块基座上面，目的是实现与传统照明光源相近的“面光源”效果，以及改善散热效果。经过几年的开发试验，光通量最好的能做到300-12000LM/5-200W；单位光效60LM/W，较1W封装LED光

3、源光效低。这种模块封装对晶圆的要求较高，内部晶圆都是采用“串并”阵列电路连接，因此，晶圆压差不能超过0.1V，超过此值对模块的使用寿命和光效有影响；另外，因多颗晶圆集成在一起，为防止出现色差现象，色温误差要求在500以内。这种模块封装LED光源主要应用在：特种照明、道路照明、室外照明。由于这类光源成本很高，照明应用企业较少采用。,50200W封装,3050W封装,520W封装,0.5W直插和贴片封装,0.06W直插和贴片封装,小功率LED在通用类照明领域，3528封装的0.06W LED主要用于T系列灯管和部分球泡灯。直插草帽LED光源因易产生“光斑”，现在只作为照明低端光源使用。单颗光通量3

4、528封装6LM/0.06W；单位光效在90LM/W左右。价格在元RMB之间。5050封装的0.5WLED光源多用于灯带产品。光通量在43LM/0.5W左右；单位光效约在86LM/W左右；价格在2.00元RMB左右。采用小功率LED光源的好处是成本较低，便于照明企业分光、分压筛选，批量产品一致性较好，品质较容易得到保证。,LED光源技术 照明常用的LED光源,小功率LED光源,小功率集成LED模块光源是在一块基板上，封装N个小功率晶圆芯片组成整列的发光源，属面光源发光。目前在球泡灯、台灯和应急灯上已有采用。光通量150-1500LM/1-10W；单位光效50LM/W；价格在12-30元RMB之

5、间。少数封装企业的单位光效可以做到65LM/W，但价格较高。,310W小功率封装,LED光源技术 照明常用的LED光源,小功率LED集成模块光源,LED彩色光源,小功率彩色LED,大功率集成LED模块,大功率彩色LED是由3片1W红、黄、蓝晶圆芯片封装在一起，可以实现全彩发光的LED光源。全彩发光功率3W。光谱涵盖全部可见光谱。不仅在室内外灯光效果照明领域被广泛使用，现已开始逐步取代传统的舞台光源。,0.5W彩色LED封装,1W彩色LED封装,小功率彩色LED是由3片0.5W红、黄、蓝晶圆芯片封装在一起，可以实现全彩发光的LED光源。全彩发光功率1.5W。光谱涵盖全部可见光谱，比传统的灯光色彩

6、丰富柔和，节能效果明显。现已广泛应用于室内外彩色灯光效果照明。,LED光源技术 照明常用的LED光源,根据“安捷伦”前首席科学家Roland Haitz 先生发明的Haitz定律（即LED每18-24个月技术指标提高1倍、成本下降30%），以及综合2005-2010年的实际发展数据，预计LED照明光源未来趋势：2008年1W单颗国产LED光源光效40-60LM/W、价格：RMB7-12元；2010年LED光源光效80-90LM/W、价格：RMB5-8元；2012年光效可以达到160-180LM/W、价格：元；2015年光效将达到LED的理论值320-360LM/W、价格：元。（注：“日亚”的数

7、据表明LED的极限理论光效约为440LM/W。）2010年一只5W球泡灯的应用光通量约306LM/5W，成本约52.50RMB元（散热器7.00元、灯头及塑胶配件2.00元、灯罩及包装1.50元、LED光源32.00元/4只、电源驱动10.00元）。2012年在同样的光通量时的成本只需26.20元RMB（散热器3.50元、灯头及塑胶配件2.00元、灯罩及包装1.50元、LED光源11.20元/2只、电源驱动8.00元）。到2015年同样产品成本约15.57元RMB（散热器1.75元、灯头及塑胶配件2.00元、灯罩及包装1.50元、LED光源3.92元/1只、电源驱动6.40元）。,LED光源技

8、术 LED光源技术前景,2010年1只光通量306LM的球泡灯光效约61LM/W，与1只7W的三基色节能灯光效（60LM/W）相当。节电近30%；到2012年同样光通量的LED球泡灯的功率约3W，相对于7W三基色节能灯节电约58%；同理到2015年LED球泡灯仅1.5W功率就能达到7W三基色节能灯的光通量，节电近80%。到2015年LED光源使用寿命将达到理论值10万小时，是三基色节能灯（使用寿命约5000小时）的20倍。以每天平均照明5小时计算，一只LED球泡灯可使用至少54年。以LED球泡灯市场价为成本1倍算即31.14元RMB，平均每年年使用成本约3.08元RMB（驱动电源寿命与LED光

9、源寿命不匹配，只有约1万小时；在LED寿命内需换约9次驱动电源，以每次更换费用15元计，共需135元。所以，54年使用期内还要加上135元电源更换成本），在相同时间内较三基色节能灯需要更换约20支灯管约需360元RMB（每支按平均18.00元计），平均年使用成本约6.67元RMB。LED球泡灯年使用费用较三基色节能灯节约约3.59元RMB。,LED光源技术 LED光源技术前景,在相同光通量时，LED照明光源照射角度内的单位照度较传统光源照明高出20-40%。原因是光通量传统光源是360照射，放入灯具后的反射有20-40%光衰。在光通量相同时，显色指数每提高0.1视觉感应亮度提高10%。LED光

10、源的应用光效受电源驱动效率影响，应用光效会降低15-30%；灯罩材料产生的光衰7-20%；实际应用中光效最好的大功率LED球泡灯的光效可以达到80.1LM/W。小功率LED光源光管光效最好可达63LM/W。,照射角度160,照射角度 180,LED光源照明产品,普通光源照明产品,LED光源与传统光源比较,LED照明不适合道路照明,路灯间距50M,高压钠灯,LED灯,高压钠灯路灯照射角度180，通过亮度起伏很小。而LED路灯因其照射角度只有120，因此通过光差起伏很大，当车速较快时易引起视觉疲劳。250W高压钠灯虽然光通量在30000LM以上，但因其照射角为360因此实际亮度只有约60%左右。而

11、LED的照射角小于160亮度较集中，所以，在相同照度时LED路灯只需约180W功率即可。,LED光源与传统光源比较,高/低压白炽灯,日光灯管,卤素/三基色节能灯管,LED光源与传统光源比较,2010年应用光通量与传统光源比较,10,50,90,70,110,130,150,LM/W,白炽灯,日光灯,三基色节能灯,高压钠灯,金属钠灯,LED光源,LED光源理论光效,170,190,210,330,高压石英灯,低压石英灯,高压钠灯,低压钠灯,金属钠灯,气体放电灯,碘钨灯,卤钨灯,2010年实现显色指数,LED光源与传统光源比较,0.5,0.8,RGBLED,0.9,0.6,0.7,1.0,显色指数

12、,白炽灯,日光灯,三基色节能灯,高压钠灯,金属钠灯,LED光源,自然光,LED满天星,LED柔性灯带,LED彩色地砖灯,LED白光灯条,LED彩色灯条,LED彩色灯管,LED光源与传统光源比较,LED创新的彩色照明光源,LED光源与传统光源比较,LED景观彩色照明光源,LED庭院灯,LED草坪灯,LED彩色壁灯,LED泛光灯,LED地灯,LED水底灯,LED光源在照明应用 LED光源阵列,LED串/并联阵列 左图是目前LED光源阵列设计应用最常用的7串7并电路。电路问题：当1只LED光源故障“开路”时，与之串联的一组LED均不亮（LED驱动采用的稳压恒流设计，LED出现击穿“短路”的可能性非常

13、小）；当出现“短路”时，因关联组驱动电压没变，而负载电压减少1只LED降低，电流将集中流向该组，加速该组LED老化。,+Vcc,GND,LED光源在照明应用 LED光源阵列,改进方案：LED交叉阵列 交叉阵列电路是在串/并联阵列基础上衍生出来的。稳定性相对较高。当1只LED出现“开路”故障时，电流将平均到其它LED，不会影响到其它LED正常发光。出现“短路”时，相并联的LED因被短路不工作，电流因电源恒流值不变，所以不会对其它组LED造成影响。,+Vcc,GND,LED光源在照明应用 电源驱动,常用的LED电源驱动方案 下图是目前最为常见的低成本驱动电源方框图，恒流精度在约10%，效率在70-

14、87%之间（与功率、电压和校正电路有关），功率因素与电压、负载和波形校正电路有关有关，一般在之间。,AC/DC转换,电压/电流控制,电压采样,电流采样,85245AC,LED光源在照明应用 电源驱动,常用的LED电源驱动方案 下图是目前低成本3路输出驱动电源方框图，恒流精度在约10%，效率在75-90%之间（与功率、电压和校正电路有关），功率因素与电压、负载和波形校正电路有关有关，一般在之间。,AC/DC转换,3路输出隔离,电源采样,85245AC,电源采样,电源采样,LED光源在照明应用 电源驱动,大功率球泡灯LED电源驱动方案 下图是一款自适应型驱动电源方案，适用于3-6W球泡灯大功率LE

15、D光源。原理：电压调整输出电流超过或小于恒流源设定值时，电压采样电路根据采样值，去控制电压调整电路输出电压高低，使恒流源输出在设定值5%范围内。考虑电源效率，电压调整范围不宜过大。,AC/DC转换,波形相位整形,恒流源,85245AC,电压采样,电压调整,软启动电路,LED恒流输出,LED光源在照明应用 光学应用,铝基板,大功率LED组,灯罩,散光剂,140照射角,近似180照射角,LED球泡灯照射角度扩展 大功率LED的照射角度大都只有约120，少数企业可以做到140。在灯罩材料中混入3-10%的散光剂颗粒，当光子射向灯罩时，散光剂将光子散射至整个球面，使光子扩散至约180。散光剂的光损约3

16、%。,LED光源在照明应用 光学应用,LED泛光源 泛光源将是未来室内主要通用LED光源。具有光线柔和、照射角度大等特点。,光源外壳,反射板,导光层,LED光源照明应用问题解决,电源驱动采用无电解电容设计：采用“间隔性监视LED驱动输入电压”电路设计。现有创意推出的KC5401芯片方案。但此方案目前存在一定争议，主要异议在防雷和“浪涌”冲击上的可靠性还需认证。在现有方案基础上取消输出整流滤波电路，直接采用脉冲驱动LED光源，不仅可以取消输出电解电容，还能提升电源效率。驱动电源增加“软启动”设计，电源导通呈线性上升至额定值。二个方案优点是：可以缩小近1倍的PCB面积，减小体积；电源效率可以做到90%以上；成本较普通电源驱动低。缺点是：对开关变压器材质要求高；PCB设计要求很高；第2方案要求外壳屏蔽处理。,LED光源照明应用问题解决,规范标准化设计根据LED特征制订接口标准。AC输入部分可继续采用现行标准；DC输出制订新的接口标准：满足电源极性识别、LED基板安装保持良好的散热、不借助工具完成维修更换要求。光源、散热件和电源驱动模块设计：三个模块的使用寿命不相同，电源驱动寿命最短。采用模块设计不仅方便消费者维修，还可以有效降低二次消费成本。,非常感谢！,