退休工程師
上海澳星照明電器有限公司 [ 摘要 ] 由作者研究的市電自適應把持原理，所發(fā)明的220V市電LED 照明恒流把持電路專有（專利）技巧。電路極具經(jīng)典，無需外加Vcc 電源，不用變壓器、電感線圈等，直接應用220V市電并立即驅動LED ，有手動調光功效外，還能極方便地主動調光。
求新求變增進自主研發(fā)
筆者于多年前進進大范圍利用LED 的產(chǎn)品范疇，見證了LED 照明器件由質次價高到逐漸提高品德，從低發(fā)光強度產(chǎn)品向高亮度、超高亮度發(fā)展。隨著相對大的功率和高光效的器件呈現(xiàn)，產(chǎn)品價位也有很大幅度的降落；以至于有可能從顯示及信號燈的利用范疇向更廣闊的普通照明利用市場拓展，也為從事LED 利用的工作者供給了施展才能的基礎。
當年面對大范圍利用LED 的交通信號燈產(chǎn)品時，產(chǎn)生了一種思維觀念：認為固然應用的LED 還有很多局限性乃至不足之處，但不能就此碌碌無為，而應當各司其職。作為LED 利用產(chǎn)業(yè)不得不考慮的是，在現(xiàn)有器件的程度下如何充分利用好它的潛質，也就是說需要深進懂得LED 特征、用好LED 。
LED 從本質上說是一種電流器件，是通過電流而產(chǎn)生光效；在電特征上又相當于一個穩(wěn)壓管，當流過的電流產(chǎn)生變更，引起兩端電壓的變更是很小的。但是假如外加的電壓比LED 的穩(wěn)壓值稍大些時，則流過的電流就要產(chǎn)生很大的變更，所以LED 必需由電流源供電，而且請求恒流。打算穩(wěn)壓供電再用電阻限流方法，也并非上策；由于LED 在工作時發(fā)熱、老化等致使壓降變更，最后壓差變更了還是要造成工作電流變異。
在人們質疑所用的LED 性能或失效率不如人意時，對LED 的先天不足應持客觀的態(tài)度，由于任何事物的發(fā)展、提高都需要有個過程，更何況現(xiàn)在已顯露出LED 有著非凡的前景?？梢韵然c精力仔細檢查并測試一下器件的工作狀態(tài)及生產(chǎn)加工過程。
必需明白LED 是種嬌貴的器件，所以利用上總是想從LED 中獲得盡可能多的光通量以下降本錢。工作電流往往就接近上限值，但是因電源浪涌，感生電流等即使短期的意外過載都必定會對器件產(chǎn)生損害。所以必定要保證必要的電流寬裕度或有嚴格可靠的保護措施。
而LED 內(nèi)部的銀膏導電結構和環(huán)氧封裝等，遇熱脹冷縮環(huán)境不可避免地有應力侵害，大電流及高溫下也要加劇光衰不能不防。
溫度和散熱條件有時更可能是致命的殺手，所以生產(chǎn)過程中焊接的溫度和時間都要把持不得超標，隨后的及時冷卻也致關重要。由于要便于從引線散熱，熱阻就做得小，熱量同樣輕易從引腳傳進，當引腳處理得短時傳熱愈甚；有時器件失效率的升高往往是焊接過程中疏忽所造成的。
雖有這么多艱苦要解決，但也不必因此消極氣餒，這可是LED 利用工作者施展作用的大好時代。可以看到世界上那么多公司開發(fā)出形情勢式的LED 驅動芯片，既體現(xiàn)了業(yè)界精英們的聰慧和積極性，也顯示出蓬勃發(fā)展的商機產(chǎn)生的增進力。本來照明產(chǎn)品就有非常大的比例直接在市電電網(wǎng)上應用，所以綠色節(jié)能的市電LED照明將會有宏大的市場需求潛力。
要推廣LED 在市電照明的利用，必需要找出它的特別性，才有可能達到事半功倍的后果。與以前成熟利用的直流低壓條件不同，市電電壓相對照較高，除了人身安全外還有擊穿、打火的可能。因此驅動器就需有所不同；為了下降驅動的功耗提高照明效率，LED 組件應當安排成合適在高電壓小電流下工作，就是要串聯(lián)應用LED 。這和大電網(wǎng)輸電線路要用超高電壓傳送下降損耗有異曲同工的道理。所以串聯(lián)應用很多個低功率LED ，比應用少量功率型LED更省電（功率型LED其內(nèi)部實際相當于很多低功率LED 芯片并聯(lián)而成）。而且從產(chǎn)品指標上也看得出，三個1W的LED 加起來要比一個3W的光效增加不少，當多個器件疏散安排時更有利于散熱和降溫，同樣會提高光效，都支撐這種最節(jié)電的設計理念。
自主創(chuàng)新源于技巧的經(jīng)歷和累積
發(fā)展市電LED 照明產(chǎn)品，觀念上先要拓寬，僅模仿過往的產(chǎn)品改頭換面不會有前途，要調換白熾燈就想將LED 和驅動電路塞進燈泡里，要做成日光燈就忘不了那根修長的管子。
太仿真了就成不了真，拘泥于舊情勢就創(chuàng)不出新局面。要沿用白熾燈的羅口尺度沒有錯，但不妨將燈罩也一起設計上往，應用 一點工程塑料就可將多個LED 和驅動電路疏散安排得很好，就可發(fā)明出自然透風散熱的環(huán)境。帶個塑料燈罩的LED 照明燈增加不了多少本錢，卻能為LED 安全、穩(wěn)固應用和光照散布的滿足度起到?jīng)Q定性的作用。
至于日光燈重要是天花板頂部照明用具，何苦總要做成長條形，完整可順其自然做成所需要的『面積照明』 。那時散熱性、照度均勻性等標題都會迎刃而解。
而作為市電還有其交換方面的特別性能，作者三十幾年前由于不滿足鎢絲二極管傳感器加電抗器把持的交換穩(wěn)壓器的性能，研究過一種利用前饋技巧的精密交換穩(wěn)壓器電路，雖沒有機會形成產(chǎn)品卻對市電有過一番揣摩。幾年前又發(fā)散了一下思維，研究出市電自適應恒流驅動LED 的原理，發(fā)明了奇特的應用市電的LED 照明把持電路專有（專利）技巧。詳情見專題論述。
這里簡言之，就是利用市電的特征，在直接驅動LED 照明用具時，使之能適應電網(wǎng)電壓的波動而始終保持在設定的恒流狀態(tài)。
最近看到NXP 公司推出了據(jù)稱是世界首款集成可調光市電LED 驅動器SSL2101 。經(jīng)過比擬之后，發(fā)覺所發(fā)明的市電自適應把持電路，比SSL2101 要簡略得多。簡略到芯片內(nèi)總共只需集成十多個低功耗的通用二極管、雙極型晶體管。無需專門的Vcc 電源，不用變壓器、電感線圈等，直接應用220V市電并可立即驅動LED ，除了有手動調光功效外，還能極方便地主動調光。
已制成用121 個LED 的晚上可主動下降發(fā)光明度的，符合歐洲節(jié)能尺度的交通信號燈樣品，還做成可根據(jù)環(huán)境光明度，在白天封閉、夜間主動點亮的用16個LED 組成的照明燈。在市電180V～250V工作范疇內(nèi)，做到約1 ％的恒流穩(wěn)固度，二年后測試仍保持不變。闡明在市電利用中，市電自適應LED 恒流驅動器，無論在LED 應用的個數(shù)上或者對主動調光的方法上都能游刃有余，在性能、本錢上比SSL2101 有獨到的處所。
市電自適應LED 恒流驅動器芯片引腳見圖1 ，典范利用框圖如圖2、圖3 所示。
圖中的驅動芯片還沒有廠投產(chǎn)故未標型號，作者先用分立器件模塊代替。但是顯而易見，那些通用的小功率晶體二極管、三極管，在IC生產(chǎn)廠都可以很輕易地集成出來。圖2中RV1 用來調節(jié)恒流值，即燈光明度。RV2用來調劑照明燈開啟和封閉時的環(huán)境光明度的閾值。圖3 中的RV1 用來調劑交通信號燈的工作電流值，圖中RB為感光后起主動調節(jié)作用的光敏電阻。外圍電路只用不到十個的低功耗電阻和四個低壓電容器。圖7 、圖8 、為已制作成的樣品外形圖。圖9為減少引腳后的IC封裝圖，這里僅以低壓抑作工藝的一種芯片型式，就可封裝成12腳的有二種光控功效的IC，和封裝成二種8腳的有某一種調光功效的IC。
市電LED自適應驅動器理論上的把持功耗非常?。s5％及更少），這種低本錢的市電LED 自適應恒流驅動器，在沒有懂得其節(jié)電把持原理前，也許令人不可思議，但確實是真的?？梢宰髦庇^一點的先容，在實例中的16個LED 組成的照明燈，為了加強自然對流降溫，在所有引腳都焊上約 1平方厘米的銅質翼片散熱，當35度高溫氣象下工作一段時間后LED 燈上就感到很熱，而恒流驅動器的MOSFET把持管上不加散熱器也只感到溫熱，在氣溫低的時候則感受不到熱量。@@@@@@@@@@
LED 是一種工況請求嚴謹?shù)钠骷?，通常?jīng)不起重復負載沖擊折騰。現(xiàn)在生產(chǎn)LED 的廠家固然很多，高亮度也做得到，但是能生產(chǎn)功率型LED 器件的就未幾，由于對器件的耐受性請求很高，工藝和材質請求更嚴，生產(chǎn)本錢也高。所以即使具有高耐受性的優(yōu)質低功率LED 也比通常的要貴不少。
但有的LED 照明用具，比如交通信號燈有時就必需工作在重復開、關的狀態(tài)，應用帶有變壓器等電感的驅動電路時，LED 就輕易提前失效。作者做過批量實驗，曾將報廢的燈具中可利用的LED 器件制成信號燈樣本。篩選掉早期失效器件后，用原帶變壓器的驅動把持線路在0.5 秒開、0.5 秒關的狀態(tài)下持續(xù)工作，基礎上天天（8 小時內(nèi)）總還會產(chǎn)生LED 失效。而同樣品德的利用器件，未經(jīng)過早期篩選就做信號燈樣本，用市電自適應LED 驅動器供電，進行雷同的重復開、關實驗，歷時數(shù)星期都沒有LED 失效。
由此想到，采用市電LED照明自適應驅動器后，可以不必定非要用到優(yōu)質的功率型LED ，即使是生產(chǎn)一般性能的高亮度、低功率 LED 廠家也可以在市電照明范疇中占得份額，而且本錢價格上具有上風，經(jīng)濟效益也好。SSL2101 驅動器被認為是高本錢效益比的產(chǎn)品，市電LED 照明自適應驅動器或許有機會被稱為具有超高本錢效益比的產(chǎn)品。
開辟產(chǎn)品利用類型后果可觀
市電LED照明自適應驅動器可利用的產(chǎn)品類型，除了已試制的交通信號燈和主動啟閉照明燈外，臺燈、射燈、日光燈、吸頂燈、樓道燈、庭園燈等等都屬于類似類型，拓展當不成標題。更吸引人的利用是大尺寸液晶LED白光或RGB背光照明，還有LED在投影機中開辟利用。電路精簡、高節(jié)能、低本錢等長處當能與顯示電路整合后，后果就更可觀。
下面就目前最盼看能做到的，高效LED照明燈直接調換低效率白熾燈的具體各部分構成作一些探討和假想：
白熾燈是一種成熟、穩(wěn)固、便宜的大眾化產(chǎn)品，就由于白熾燈既傳統(tǒng)又經(jīng)典，所以要成功調換并不輕易。好在社會發(fā)展到對節(jié)能的嚴格請求，已進進倒計時階段；增進力足以扶助LED的成長不夠充分這個弱點。但取得成功的關鍵還在于LED器件的價格程度。能進一步提高亮度，改良顯色性能當然最好。
但用現(xiàn)有條件程度的LED要做成照明燈來調換白熾燈時，我們也可對各組成部分作一番打算。
一、 LED驅動器部分
市電LED照明自適應驅動用具有電路精簡、可靠，對LED的適應性強，本錢低、調光功效多等長處，所以非常適實用于LED調換白熾燈時利用。
二、LED發(fā)光單元部分
國產(chǎn)的低功率高亮度白光LED（20mA）單價已能降到0.1元的程度，步進范圍利用的價位。但是白光LED要提高『光/價』比，除了等候芯片的價格隨著生產(chǎn)發(fā)展而下降外，在LED照明單元的封裝型式上還等待通過突破性變更，來提高光效并下降本錢。
假想的一種結構是：芯片陣列式直接散熱布局的多透鏡一體化面積型照明封裝。
通過將很多LED芯片疏散集成在一片較大的PCB上，并直接傳導散熱，會大大提高器件的熱性能。還避免了通?？赡墚a(chǎn)生的LED焊接損傷。多透鏡一次性封裝，能保證二次光學處理的精準后果，同時也下降本錢。
三、光學處理和整體結構部分
LED照明燈的光學指標除了光通量、顯色指數(shù)外，還有對眩光的請求。前者決定于LED本身的品德特征，而眩光的感觀是因光源中光強散布不均，局部有特別強的光引起刺眼所致。LED是點光源，所以由多顆LED組成的照明燈應當有二次光學處理。作者多年前看到過歐洲制作的交通信號燈的一種結構：由八顆功率LED散布組成的光源經(jīng)過二次光學處理的一張薄光片后，就使出光面的亮度做到非常均勻，盡無眩目標感到。過往我們在完成光學設計后，有時還需要多次設計、開模具試光修正，很費時、費錢。而現(xiàn)在光學設計技巧已經(jīng)發(fā)展成熟，利用ZEMAX、TRACEPRO等軟件，便于非成像光學類型的二次光學設計。所以二次光學處理應當是LED照明燈的不可或缺的部分，即使要減少5％的光效，增加5％的本錢，換來所需范疇的均勻照度和舒適不眩目標光感，也完整值得。
通常的白光LED器件光的色溫多數(shù)偏高，故顯色性指數(shù)就低，既會使人不易看清物體的本質，又要影響眼睛的視覺舒適性。能做一下加法添些紅光最好，但需增加器件、用度也大。在調換白熾燈的LED照明燈中必要時也可做點減法，那些使人不舒暢的光線成分實際成了光污染。用色片濾除不需要的色光成分，就可提高顯色性能。固然在測試光通量時會顯得少一些，但往除這些有礙的光線成分后，不至于就下降實際視覺光效，對觀感后果反而有益處。
調換白熾燈的LED燈有時為了要做得像白熾燈，就將LED的光安排得向球面各方照射，真難說不是弄巧成拙。記得白熾燈利用的前期，由于尚顯精貴，往往就配以各種燈罩，既避免直射的光線刺眼，又能浮現(xiàn)燈具的多姿多態(tài)。從光學上看是使光線集中照射，后果更佳。但是當各類新奇照明燈紛現(xiàn)，白熾燈成為最普通、最低檔的照明時，隨便用個***燈泡照明就習認為常。如要以此為準，顯然有悖常理。
LED照明燈如以燈罩為結構主體，能使螺旋燈頭、驅動電路、LED照明單元、二次光學片、反光罩、透風散熱通道等有機地共聚一體，實用、安全也經(jīng)濟。
實現(xiàn)社會價值需要政、商、科、技的融洽
有一種觀點認為，自主創(chuàng)新要能完善地實現(xiàn)，應包含三個『自主』 。除了『自主』創(chuàng)新的科學思維外還應有『自主』的知識產(chǎn)權和『自主』的開發(fā)平臺。
對照檢查一下市電LED 照明自適應驅動器：
一、既不是用傳統(tǒng)的模仿技巧把持方法，也不用PWM 方法、電荷泵型式，更不是開關電源的工作模式。而是利用了與現(xiàn)有把持技巧都截然不同的，完整『自主』創(chuàng)新的市電自適應恒流技巧。
二、獨立發(fā)明的市電自適應LED 恒流把持技巧，并非由其它專利技巧的派生或發(fā)展而得，當然完整可擁有『自主』的知識產(chǎn)權。
三、所創(chuàng)新的IC電路采用業(yè)內(nèi)低壓通用***就可生產(chǎn)，很輕易建立『自主』開發(fā)的平臺。
筆者認為除了三個『自主』之外，自主創(chuàng)新還需要有機會。而只有科技發(fā)展和創(chuàng)新才是增進目前世界經(jīng)濟復蘇的重要動力，因此是個長期的機會過程，明年的上海世博會以及業(yè)界的高層論壇、各類展覽、大賽也都有機會的可能。最近國家發(fā)改委頒布打算在三年內(nèi)逐步用高效照明用具完整淘汰白熾燈的決定，購置節(jié)能燈曾有過30～50％的財政補貼，是個實足的機會，將成為市電LED照明燈發(fā)展的強勁動力。
成績科學技巧的社會價值是科技工作者的目標，當然不僅僅是尋求價值的本身，更重要的是要實現(xiàn)對社會的發(fā)明性貢獻。市電LED自適應驅動照明用具產(chǎn)業(yè)，也需要政策的關注和工貿(mào)易界的發(fā)展決斷及風險投資的助推。社會發(fā)展需要和諧，產(chǎn)業(yè)的成長離不開各界的融合、融通及融洽。
附錄 SSL2101 參考材料
作者簡介
章耀坤 66屆電子儀表專業(yè)，從事過電子元件產(chǎn)品性能實驗，儀器儀表設計、制作、修理、計量等項工作，后任上海廣電凱歌洗衣機廠主工藝師，主設計師，上海廣電長岱飲用水有限公司主設計師、副總工程師，現(xiàn)上海澳星照明電器有限公司退休工程師。
有一項非職務專利于首屆全國星火杯發(fā)明比賽中獲獎；在上海市的一次專利技巧利用成果統(tǒng)計時，作者所發(fā)明的一項職務專利實行一年半內(nèi)就支撐了企業(yè)獨占市場的產(chǎn)品產(chǎn)值逾1400萬元。
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