1、小贴纸电子产品开发过程中的开发成本控制方法(2010-01-28 11:59:58) 转载们在设计电子产品的过程一般都会对所设计的产品进行成本控制，总是尽量简化电路，减少元器件、尽量简化安装工序。一般这些简化都是针对最终产品的。但是作为开发工作本身也同样需要成本，也需要进行成本控制。尤其是一些产量小、附加值高的非消费类产品。电子产品的开发成本一般包括以下这么几块：1. 项目可行性分析费用2. 联系元器件厂商，获取器件资料费用3. 元器件费用4. 开发人员薪资5. 样机测试费用6. 时间成本三维设计以上几个点的成本控制和管理在很多工程管理的书籍和资料都有详细介绍，本文只是根据笔者所做过的电子设计
2、工程补充一些看法。进入项目可行性分析阶段后，项目管理人员应该仔细做好项目规划工作，一个项目的成功与否，一般取决于该项目的技术复杂性和成本复杂性。为了避免由于不可预知的工程复杂性而导致的项目流产，项目管理人员在制定设计方案的时候需要招集各方面的人员，把该项目仔细的分解开来，然后针对这些子项目逐一探讨分析，仔细地权衡各方面因素，看看是否可行，成功的代价如何，只有每个子项目都做到有把握后才能将整个项目推入实施阶段。在项目通过可行性论证后，就转入正式的开发阶段。项目管理人员需要制定详细的开发的技术规划，一个项目的设计思路确定之后，该产品的开发成本、制造成本和维护成本也就大致确定下来了。所以一个不良的规
3、划，往往会对项目带来灾难性的后果。这个阶段项目负责人要和合作的开发人员界面设计充分交换意见，根据开发人员的数量和专长将项目分解开来，让每一个工程技术人员完成本项目的一部分工作。项目开始运转后一定要做好全套设计文档。文档中要明确每个开发者所必须完成的功能和相互之间的接口。同时也要要求每个开发人员为自己所开发的模块做好技术文档。表面上看这个工作增加了开发成本，但这样不仅有利于该项目今后的扩充维护，也同样有利于该项目的测试工作。这事实上降低了项目在这些方面的成本，项目规模越大，在这方面投入所体现的效益就越明显。同时这项工作还可以降低由于开发人员流动带来的工程扩充维护的风险，因为技术文档越多越详细，继
4、承该工作的技术人员所付出的时间代价就越小。在元器件选择方面，应尽量使用标准器件或易于采购的器件。因为这些元件产量大，价格好，供货渠道也多，对于降低硬件成本有显而易见的好处。尤其在所设计的产品产量不会很大的时候更应该如此。在设计一些高附加值，小批量的产品的时候，尽量使用硬件模块和软件模块来设计，这虽然加大了一些投入，但总的来说，压缩开发时间，让产品更快面对市场带来的效益会大于这些投入。同时模块化设计还可以提高产品的设计质量。更可以将开发人员的精力集中于高层次的设计上，提高他们的成就感电子产品开发过程中的开发成本控制方法(2010-01-28 11:59:58) 转载标签： 威客任务中国杂谈我们在
5、设计电子产品的过程一般都会对所设计的产品进行成本控制，总是尽量简化电路，减少元器件、尽量简化安装工序。一般这些简化都是针对最终产品的。但是作为开发工作本身也同样需要成本，也需要进行成本控制。尤其是一些产量小、附加值高的非消费类产品。电子产品的开发成本一般包括以下这么几块：1. 项目可行性分析费用2. 联系元器件厂商，获取器件资料费用3. 元器件费用4. 开发人员薪资5. 样机测试费用6. 时间成本三维设计以上几个点的成本控制和管理在很多工程管理的书籍和资料都有详细介绍，本文只是根据笔者所做过的电子设计工程补充一些看法。进入项目可行性分析阶段后，项目管理人员应该仔细做好项目规划工作，一个项目的成
6、功与否，一般取决于该项目的技术复杂性和成本复杂性。为了避免由于不可预知的工程复杂性而导致的项目流产，项目管理人员在制定设计方案的时候需要招集各方面的人员，把该项目仔细的分解开来，然后针对这些子项目逐一探讨分析，仔细地权衡各方面因素，看看是否可行，成功的代价如何，只有每个子项目都做到有把握后才能将整个项目推入实施阶段。在项目通过可行性论证后，就转入正式的开发阶段。项目管理人员需要制定详细的开发的技术规划，一个项目的设计思路确定之后，该产品的开发成本、制造成本和维护成本也就大致确定下来了。所以一个不良的规划，往往会对项目带来灾难性的后果。这个阶段项目负责人要和合作的开发人员界面设计充分交换意见，根
7、据开发人员的数量和专长将项目分解开来，让每一个工程技术人员完成本项目的一部分工作。项目开始运转后一定要做好全套设计文档。文档中要明确每个开发者所必须完成的功能和相互之间的接口。同时也要要求每个开发人员为自己所开发的模块做好技术文档。表面上看这个工作增加了开发成本，但这样不仅有利于该项目今后的扩充维护，也同样有利于该项目的测试工作。这事实上降低了项目在这些方面的成本，项目规模越大，在这方面投入所体现的效益就越明显。同时这项工作还可以降低由于开发人员流动带来的工程扩充维护的风险，因为技术文档越多越详细，继承该工作的技术人员所付出的时间代价就越小。在元器件选择方面，应尽量使用标准器件或易于采购的器件
8、。因为这些元件产量大，价格好，供货渠道也多，对于降低硬件成本有显而易见的好处。尤其在所设计的产品产量不会很大的时候更应该如此。在设计一些高附加值，小批量的产品的时候，尽量使用硬件模块和软件模块来设计，这虽然加大了一些投入，但总的来说，压缩开发时间，让产品更快面对市场带来的效益会大于这些投入。同时模块化设计还可以提高产品的设计质量。更可以将开发人员的精力集中于高层次的设计上，提高他们的成就感2011年LED应用照明研发部规划注明：本文纯属个人观点，版权所有，禁止转载。一经发现，将追究法律责任。一、前言进入21世纪以来，资源日渐馈乏、能源供应紧张、污染日益严重，致使世界各国发展成本增高，发展速度越
9、来越受到牵制。这些都迫使各国不得不加大新能源和节能环保产品的开发力度。LED 照明作为继白炽灯、高压气体灯、荧光灯之后最新，最节能的一种照明光源已经被各国视为新一代照明产品的发展方向。近年，很多国家开始推行“禁止使用白炽灯”的计划，欧洲和北美许多发达国家都相继出台了节能照明产品全面普及的时间表。目前，LED的应用主要在于装饰照明，LED显示屏，信号灯等，近两年随着LED芯片功率不断增大，光效不断提高，把LED正式推入到了应用照明行业。许多LED显示屏企业、传统照明企业也因此成立了LED事业部。根据国家“十城万盏”“十一五”“十二五”规划，未来我国将开展十大节能工程，其中绿色照明，推广高效节电照
10、明系统将是一个重要内容。因此从市场战略的角度认识LED照明具有深远的意义。而LED大屏幕一直是LED领域火热发展的重要组成部分，是大型娱乐、体育赛事、广场装点主题显示重要组成部分，从蓝光LED诞生以来，一直保持高速发展态势。在装饰显示市场LED将起到积极的作用，市场扩张明显。中国是全球LED显示屏生产大国，从LED芯片、驱动IC、控制器、屏幕制造等完全占据主导地位。但从技术发展来说，LED显示屏创新度还是不够“给力”，市场是越做越乱，利润是越做越低。近年来，初具规模的企业开始注重品牌和品质意识，纷纷在销售策略、宣传手段、产品结构、功能效果上大做文章。比如：P3高清超密度LED全彩显示屏、节能显
11、示屏、超薄超轻显示屏、高清高刷新显示屏、异形显示屏等的出现都标志了企业在产品发展策略上的一些改变。只有持续创新，方能引领潮流!企业如想在市场立于不败之地，必须要做到：第一、及时调整销售策略、管理模式，避免“惯性经营”带来的落伍，错失市场良机。第二、实时监控市场动向，及时调整战略方向，避免盲目投入所带来的不必要的损失。第三、加强创新力度，大力发展新品研发和产品优化，提升产品品质，从而吸引客户。第四、及时发布产品信息、提升服务质量，高调宣传企业，从而达到企业形象的提升。第五、资源配置上的满足，解决产品实现或产品开发过程中因资源缺乏而呆滞或失败。第六、稳健、优秀的团队+合理的薪资支配+人性化的管理模
12、式+明确的战略目标=成功。二、团队介绍本团队工程师来自各大知名企业，从事LED技术工作多年，技能过硬，团队意识强。精通产品研发流程和体系，并定期参加行业的一些培训，巩固自己的技能和丰富自己的知识面。三、产品定位1、照明产品的分类及发展半导体照明是新兴产业，不合理分类就不能发挥其优越的特性。以本人的认识，LED照明分类原则大致如下;按环境分类为：室内照明、室外照明室内照明有：日光灯管、球泡灯、射灯等室外照明有：投光灯、路灯、隧道灯、庭院灯等按用途分类为：景观照明、功能照明景观照明有：轮廓灯、洗墙灯、线条灯等功能照明有：地埋灯、水底灯、投影灯等按功能分类为：通用照明、智能照明通用照明有：T8T5日
13、光灯、E14E27球泡灯、MR11MR16 PAR灯智能照明有：声控、光控、遥控、电力载波、环境感应等(控制器+灯具)按市场分类为：民用照明、商用照明民用照明有：手电筒、球泡灯、小台灯、射灯等(家用型或装饰用)商用照明有：路灯、灯管、隧道灯及装饰用的一些灯具等(公共场所)按特殊用途分类为：车船照明、工矿照明、水下照明、应急照明、指示照明等特殊类有：消毒灯、无影灯、井矿灯、探照灯、冷库灯、水下灯、应急灯、交通灯等照明产品定位总则(1)民用照明产品(民照)当前市场上大功率LED 已经广泛出现在民用照明中，如T8/T5灯管、手电筒、地埋灯、射灯等，但因成本较传统灯具高出很多，故在我国民用照明中尚未大
14、面积应用。我国现阶段提倡居民使用节能照明产品，并对其实行购买补贴，企业在民用照明产品方面应增加产品种类，减少成本，降低产品价格，使LED 照明产品更易于被普通民众所接受，那么国内民用照明市场将是很有潜力的。另外，国外发达国家，经济技术发展程度较高，LED 产品早已为广大民众所接受，其市场也是巨大的。因此LED民用照明市场在国内正在酝酿，而在国外已经成熟，研发部、市场部可根据市场动向发展相关产品。公共照明产品(商照)LED大功率公共照明产品，如道路灯、隧道灯、日光灯、射灯等，近两年已经逐渐开始步入市场。总体来说，这两年LED用于公共场所照明只是处在摸索阶段，各生产企业也都是处在不断试验改良之中，
15、对于LED照明产品参数标准各厂家争论不一，比较混乱。但LED作为新一代的公共照明产品已成为不可阻挡的趋势，许多地区都制定出了具体的LED公共照明产品推广使用计划，国家标准也正在制定过程中，即将出台。企业要想在LED照明市场中占有一席之地，必须把LED大功率LED公共照明产品作为研发工作中的一个重点。总而言之，企业应以民用照明产品研发为基础，扩大品牌影响力和市场占有率，以公共照明产品为后续发展动力，持续更新、持续改良方能立足!2、显示屏产品的分类及发展LED显示屏技术比较成熟，因此分类相对简单。按像素间距分类：P?(随技术发展密度不断突破)按显示颜色分类：单色，双基色，全彩色按使用环境分类：户内
16、LED屏，户外LED屏按封装形式分类：模块LED屏，表贴LED屏，直插LED屏按特殊用途分类：车载屏，地幕屏，租赁屏，彩幕屏、证劵屏等未来LED显示屏的发展(1)结构轻便化：超薄超轻的显示屏各公司都尝试研制，以目前户外屏为例，每平方重量在70千克100千克左右，厚度至少为150mm，这样一来在运输成本、制造难度、安装成本总而言之对于资源的浪费非常之高。如开发出一款新型超薄超轻式结构，即降低了运输成本又节约了安装成本，因为重量轻了、薄了所采用的资源也就少了。同时也能体现一个企业的技术实力和创新能力。(2)功能全面化：功能上的完善也能开拓出新的市场商机。比如前几年在LED面板上贴上广告画，被广告公
17、司疯狂采购，给商家们带来了不少商机。如果开发出三面翻LED显示岂不在LED户外传媒应用领域引起轰动?其它类似方案多不胜数，就看企业对产品研发的投入力度了。比如：卷曲的LED显示屏、折叠的LED显示屏、触摸的LED显示屏如果一个常规的显示屏在不增加成本的情况下提高亮度和显示效果是不是功能上的提升了呢?产品的竞争力是不是又增加了呢?(3)节能环保化：全球都在倡导节能环保，其中能源方面是最关键的，能源的紧缺导致物价不断上升。LED照明虽然打着节能的旗号逐渐被世界列国认可，但是显示屏节能方面好像并没动作，理论上LED显示屏节能完全可实现。以P16户外全彩屏为例：综合功耗每平方400W/h，100平方为
18、40KW/h，每天工作10小时，每月电费也是非常惊人的。以目前的技术水平完全能节能30%，每年能节省多少电费?客户有不接受的理由吗?(4)经济实用化：设计产品的首要条件是实用，产品必须能满足产品自身的功能作用，在实用而又不增加太多成本的前提下，再来开发时尚、优美的线条。一种新的技术应用，一种新材料的上市都能开发或替换产品，无论这种新技术是降低了制作成本还是提高了生产效率，它都会给企业带来经济效益或提高了产品的竞争价值。四、新产品开发1、产品开发方针“持续创新，稳步拓展”LED技术日新月异，只有不断创新才能获得持续的发展。任何一项新技术的应用都需要用充分的实践检验后方可投入市场，且不可急功冒进。
19、2、产品开发目标“产品开发的目的就是提高企业的核心竞争力”以实现LED民用照明产品为核心，公共照明产品为支撑，多品种，多层次的产品结构。以发展LED显示屏“四化”为目标，优化产品性能、效果，增加产品类别和用途。关于“四化”的解释同上述：结构轻便化、功能全面化、节能环保化、经济实用化3、产品实现的流程产品实现以客户需求为开始，以满足客户需求为结束如下(图一)。产品的实现过程分为：根据客户需求成立专门项目小组进行设计开发。产品实现过程必须要进行可行性分析、可靠性测试等，最后提供给客户满意的产品。4、产品开发原则绿色设计产品的设计应使设计过程，生产过程及使用维护过程都应尽可能节省能源、原材料、劳动力
20、，减少浪费。并行工程产品在设计过程中要充分考虑生产及使用维护过程可能出现的问题，尽可能做到防患于未然。在设计的时候就兼顾到产品的报废及回收利用。规模订制新产品的设计需尽可能地增加产品外在多样性，减少内在多样性。增加外在多样性可以满足不同客户的个性化需求;减少内在多样性，施行集成化，模块化，标准化设计，可以实现规模化生产的成本优势，提高对客户需求的响应速度，增强产品竞争力。比如超薄超轻显示屏的设计就是很好的例子，它一套模具兼容多种规格如：P10，P16，P20而且底壳、箱体共用一套模具适用于户外、户内，而且还兼容直插346LED、546LED、和贴片5050LED、3528LED。以本人数年的工
21、作经验，做好产品研发最重要的是看重3大特性：创新性放开思路，力求突破常规;可行性务实可行，力免浮夸不实;经济性降本节支，务必减耗增效。五、部门结构规划1、组织结构形式高效的研发团队宜采用矩阵式结构(如下图)，以小组形式来进行工作，总规模在下限为6人，上限为12人。 研发部设经理，经理兼(技术总工)，负责产品策划与协调工作;经理以下设项目主管一名，负责部门管理与工作分解;项目主管下面配置相关工程师、助理工程师、研发文员; 2、人员结构配置研发经理(技术总监)：负责整个部门工作的管理与协调;制定部门发展规划;掌握最新技术发展动向;制定企业技术标准;配合市场部开拓新市场等。项目主管：负责研发项目工作
22、分解与进度跟踪，做好技术资料管理，协助总监管理部门等。光学工程师：负责产品光学设计，做工程项目照明效果分析报告，协助市场部投标工作等。结构工程师：负责产品内外散热结构设计，跟踪处理产品生产及使用过程中的结构问题等。电子工程师：负责产品电子驱动方面设计，跟踪处理产品生产及使用过程中的电性问题等。助理工程师：负责协助专业工程师工作，制作产品资料、文件以及制作测试样品和物料跟踪。研发文员：负责整个部门的资料管理、资料的输入与输出、后勤供应等。3、作业流程及内部作业方式：作业流程;计划立项审批方案审批设计验证小试评估改良复试定型项目计划书研发部-项目设计立项申请书总经理审批-设计方案书研发总监审批-设
23、计任务书项目主管-手板试制验证OK(助理工程师)-小批量试产(生产部，工程部)-项目评估报告(工程部、研发部、生产部、品质部、市场部)-不合格-设计变更书研发部-合格复试(OK)-资料输出-BOM单、设计图、规格书(定型)作业方式;每个项目由经理策划主管分配工程师执行助理协助文员记录主管汇总经理审核，最后由研发部项目主管或总工以内部新产品发布会的形式输出。4、内部发布会原则：(设计评估)a：研发整理好所有关于产品的资料。资料包括：产品规格书、测试报告书、产品工艺要求等b：要求相关部门负责人参加。(每个部门参加人员：1-2人)相关部门：研发部、工程部、品质部、生产部、市场部、总经理或办代表c：研
24、发部介绍产品情况，由部门提出问题或意见。情况：研发部介绍产品的基本功能、参数、应用领域、设计思路、优劣势对比等问题：由相关部门提出，研发工程师说明或解决。意见：统计问题，达成共识，判定产品OK还是NG。OK：则输出，NG：设计变更5、仪器设备规划 z 设备配置构成：A. 光学性能测试设备(用于测试配光曲线、色温、照度、光通量等);说明：需增加光学暗房、分布式照度测试仪B. 热学性能测试设备(用于测试热阻、导热系数、产品温度、温升数据等);说明：需增红外热成像测试仪C. 电参数测试设备(用于测试功率、效率、PF、电压、电流等)。说明：需增加电源纹波测试仪、群脉冲发生仪D.可靠性测试设备(用于测试
25、产品在各种复杂情况下的表现以及产品老化试验)说明：设备包含冷热循环测试仪、盐雾腐蚀测试仪、UV老化测试仪等设备配置目的：A. 高科技的实验室是企业资质的象征;B. 一套完整的仪器设备是进行高质量研发工作的必备条件;C. 高科技的实验室是取得客户对产品质量和企业能力信任的关键。注：设备具体根据企业实际需要进行购置，避免造成资源浪费。6、员工薪酬规划技术人才的薪酬规划要以“激励人才高效工作，减少高级人才流动”为宗旨。高级技术人才也可参考高级管理人才和业务人才采用“固定工资+股份”或“固定工资+项目奖金”等形式。 注：具体薪酬规划需有人力资源部门根据企业实际情况合理规划。LED驱动电路该解决方案通过
26、使用美国国家半导体PowerWise LM3445 LED驱动器将90135VRMS交流主电源输入（入墙式电源插座）转换为350mA直流恒定电流源，从而驱动高功率Cree白光LED。在住宅、商用和工业建筑中，交流主电源通常经由标准入墙式调光器进行舍相或斩波，以削减LED的灯光输出。如图1所示的电路设计可确保用户不会无意中接触电路中的高电压。在图1中，该电路未经隔离处理，这意味着从输入（交流主电源）至输出（LED灯具）是一条直流路径。隔离的解决方案也就是电流隔离通常需要使用变压器。两类方案各有利弊。隔离的解决方案通常拥有较大的体积和较小效率，因为需要使用变压器，并且可能使用输出反馈的光电耦合器。
27、不过，通过在交流主电源和用户之间提供内置保护可以更容易地通过诸如UL60950这样的安全法规。相反，无隔离的解决方案体积较小，因此更适合灯泡翻新应用所需的小尺寸，但需要利用灯泡材料和结构的机械隔离以通过安全法规。与其它方案相比，美国国家半导体LM3445 LED驱动器适用于多种外形、尺寸和功率级别的应用，同时支持隔离和无隔离解决方案。功率因数校正当经由入墙式交流主电源供电时，可能在输入电流和电压，甚至输入电压波形的尖峰和低谷之间产生相移。有功功率和视在功率的比称为功率因数，以0和1之间的数字表示。商业固态照明应用的能源之星规范要求功率因数达到0.9以上。当输入电压的谐波成分很低或为0时，功率因
28、数计算如下：Eq1第一项考虑电流中不连续（尖峰和低谷）引起的谐波成分，第二项余弦项考虑电压和电流之间的相移。这种应用中，采用了许多不同的技术来提高含有高谐波成分或相移电路中的功率因数。这个过程被称为功率因数校正（PFC）。PFC技术分为主动式和被动式。本文所介绍的解决方案使用被动式PFC 技术无隔离设计，称为“填谷(Valley-Fill)”电路。该“填谷”电路工作原理如图 2 所示。输入电压大于先前峰值电压除以“填谷”级数（电容器数量）时，负载直接从线路传输。另外，作为二极管配置的结果，电容器以串联方式充电，因而以串联的电容器数目均分电压。当输入电压低于其峰值除以级数时，电容器被迫在该放电阶
29、段以并联方式为负载供电。该“保持”电压是初始输入峰值电压除以“填谷”级数。在此演示平台上实现的电路使用双级“填谷”电路，该电路非常重要。首先，它提供PFC，因为回路中负载的功率来自输入。其次，电容器在并行放电中提供能量储存，所以 LED 电流中无120Hz纹波。最后，因为它迫使大部分电流从输入线路中吸取，调光器开关仅接受所需电流）用于无闪烁操作。采用LM3445 LED驱动器进行相位调光舍相调光器的调光已经成为各种非钨丝照明技术面临的挑战。舍相调光器分为两类：正相和反相，如图3所示。相位调光器需要“泄放”电流以允许内部定时电路正常工作，许多调光器需要额外的“保持”电流以维持整个回路的正常工作。
30、LM3445 LED驱动器的BLDR引脚提供泄放电流，外部电阻器R5在必要时可提供保持电流。美国国家半导体还可提供其他演示板，包括调光范围和增加效率的交流120Hz回路中调制保持电流的另外电路。对于宽泛的调光范围，LM3445 LED驱动器充当了相位调光器的导通角或发射角，并将其转换至合适的LED电流量，从而可以实现100:1的调光比。一些质量更高的调光器可提供更宽的范围，但是大多数应用不需要使用这类调光器。LM3445驱动器使用低侧驱动的降压稳压器调节LED电流。峰值电流在ISNS引脚处测量，纹波保持恒定以保持平均电压恒定。通过执行一个与输出电压VLED成反比的假恒定关断时间,纹波得以保持恒
31、定。这种方法通过保持纹波电流恒定以保持LED堆叠的平均电流恒定，而无需考虑输入和输出电压变化，这基于电感器固有的基本工作原理。下列等式体现了标准电感器中电压、电流、电感和时间之间的关系。简言之，可以不考虑续流二极管的正向电压与LED堆叠电压之间的关系。若可避免磁芯饱和，则可假设电感值(L)是恒量，如果tOFF与VLED成反比，那么电感中的纹波电流也是恒量。恒定的峰值电流配合恒定的纹波则能得到所需的恒定平均电流。WEBENCH LED设计工具设计LED驱动器，特别是相位调光应用具有一定的难度。为了帮助设计师应对设计挑战，美国国家半导体开发出功能强大的在线设计环境，称为WEBENCH LED De
32、signer，其中包含多种Cree LED器件，可以直接使用LED的电子模式在特定的电路上进行设计。图4是Cree LED选择图表的界面图。WEBENCH LED Designer可快速提供可靠的基础设计工作，但是其他一些因素会使相位调光设计变得复杂，例如电磁兼容。通常用在离线式电路输入端的共模和差模滤波器可与正相和反相调光器中的多种电路配置相互干扰。本演示单元中的滤波器经过多种正相和反相调光器的测试，但是仍有可能与未经测试的调光器相互干扰。综上所述，利用LM3445 LED驱动器、大功率Cree LED和WEBENCH LED Designer设计工具，设计人员可以快速地开发高效、可靠、美观
33、的相位控制可调光固态照明系统。LED产品的光效电功效率和功率因数一、前言白色LED的发光效率在不断提高，超过100lm/W(与高效荧光灯相当)的产品也已亮相。在照明器具上使用白色LED，由于照明灯具的电源适配器、灯光反射板及透镜等的损失，通常会使灯具效率低于单纯LED光源的效率，但最近已经出现号称器具效率达到100lm/W的LED照明器具。那白色LED今后会实现何种程度的亮度，又会具备哪些特性?必须研究购买适当的LED颗粒;必须研究灯具的总光效达到标准;必须研究尽量低的成本与尽量高的电功效率的制约;注意美国和欧盟对LED的PF值宽容的立场;推介一些切实可行的LED灯实例。二、LED的光效日益提
34、升是时代进步的必然基于白色LED的蓝色LED芯片的能量转换效率(输出光能量与输入功率的比)现在已经达到了50%。但能量转换效率不可能超过100%，因为存在物理极限。就像半导体存储器在集成度的提高上存在极限一样，能量转换效率及白色LED的发光效率今后也不可能一直提高下去。较为合理的看法是LED产品发光效率会在150-200lm/W之间，有较好的性价比。今后重要的是如何在LED升温合理范围内保持高的发光效率。LED存在向芯片输入的电流密度越高，发光效率反而出现衰退(Droop)现象。虽然衰退现象无法消除，但却可以减轻。衰退现象减轻了，在提高电流密度时亮度就会更高，也就是说，这样便可使相同亮度(光通
35、量)时需要的LED芯片数量尽量少。即：如果原来使用了大量LED芯片，今后便可利用较少的LED芯片数量保持获得相同的光通量。LED芯片的单位面积亮度(光通量)越高，亮度单价就越低，白色LED的成本竞争力也就越强。能否提高这一成本竞争力，关键要看LED厂商的创新专利技术竞争力如何。光衰现象越少，成本竞争力就会越高。因为减少LED芯片的面积可降低芯片的成本，而且对顾客也有好处。能够增加每个白色LED输入电流的话，便可提高每个LED的亮度，因此可使照明器具及LED背照灯光源使用的白色LED个数减少。成本降低的话，对LED背照灯液晶电视及LED照明器具来讲的确是节能福音;LED成本降低也是时代进步之必然
36、;LED价格由批量与光效所制约，所以LED灯产业是一个系统工程，需优化然后产业化。注意LED的性价比人为提升LED工作环境温度，导致LED光衰加大、寿命减短，这也是加速测试LED寿命对比的方法之一。把LED灯置于“积分光球”内腔，测出LED发出的“光通量”单位，流明(LM)。即作为分子与LED的电功率(单位/瓦)之比，就是LED的光效。LED生产厂家，出厂前筛选出光效处于不同档次的LED产品，对应不同的价格。这是一分钱一分货的道理。如果你做LED灯只要亮、不用达标的话，就选用低价位低光效的LED产品。如果做的LED产品要达到美国能源之星每瓦55流明的标准，则至少要采购每瓦80流明( LM)的L
37、ED。LED本体光效每瓦流明，乘以“灯具的光效”(大约0.9至0.9左右)，再乘以“灯电源适配器的电功效率”(大约0.8至0.9左右)，估算出达标每瓦55流明以上的LED灯，要采购LED本体光效大约每瓦80流明的LED成本就合适了。三、提升电功效率标志节能前述LED灯电源适配器的电功效率，是LED实际得到的功率，与消耗输入电源功率之比，称为电功效率，常用拉丁字母来表示。损耗功率的大部分，是电源适配器本身发热耗电，小部分是电磁干扰(EMC)消耗掉。电力电子工程师的使命就是力求把减小，努力提升电功效率。国际上一般认为达到0.8 以上才拿得出手，超过0.85才是好产品，而超过0.90才被认为是节能产
38、品。再一步深入探讨，它的主要组成有以下要点;1、电源适配器产品内部集成电路的工作需耗电选用微功耗的集成电路是第一关。所以，选择节能的低功耗的集成电路是至关重要的。无IC的自激式也是小功率LED灯优选拓扑之一。2、电力电子开关工作时消耗功率其中导通损耗式中:是开关管的电流的时间函数，是开关管的电压的时间函数，式中T是开关的周期。提升电功效率节能措施(1)尽量设计高压小电流负载，比低电压大电流负载为好，选用饱和导通内阻较小的开关管为好。(2)最好的开关管是COOLMOSFET，同电压等级、同电流条件下，COOLMOSFET内阻比传统MOSFET内阻小得多。其次是IGBT。在频率不太高，开关功率不太
39、大，可用低成本的双极型半导体开关管。(3)必须让开关管处于“非通、则断”的开关状况，切忌让开关管落入放大区工作，在放大区的开关管损耗很大!电力电子开关管在放大区之外的两个区：截止区(OFF)有，无电流，因为零，无发烧;饱和区(ON)有，但电压很小，也不发烧。驱动损耗?电力电子开关管的驱动信号功率对于双极型晶体管而言，驱动功率较大的内因是大电流开关工作状态时的电流放大倍数，远小于参数表格中小信号放大倍数，所以基极驱动电流较大。如果工作频率固定，还可以用“谐振驱动”，利用谐振回路LC的“品质因数Q”，具有放大的作用，能够最大限度降低驱动信号功率。但如果不是固定频率则不可以用揩振驱动，这时可以使用“
40、源极开关驱动”方式来实现微功耗驱动。例如：QX9910等都是优秀的微功耗驱动IC，一下子把上述和大幅度降低了。开关损耗硬开关过程;从OFF?ON或从ON?OFF，实际上开关管工作点都掠过“放大区”才到达“截止区OFF”或者到达“饱和区ON”，就在“掠过”开关区的短时间内，是存在开关损耗的;软开关过程;上述表达式中，或任为一零，其乘积必为零，这就是“软开关”的物理内涵。有两个原则作为设计技巧使用：电子开关“串联电感”，由于电感电流不可以突变，电子开关必然是ZCS零电流导通软开关;电子开关“并联电容”，由于电容电压不可以突变，电子开关必然是ZVS零电压截止软开关。铁损与铜损开关电源的铁损，是磁性材
41、料磁化回线所包围的面积，正比例于铁损，磁性材料内部“磁畴”发生的“磁滞损耗”及“涡流损耗”，所以选择磁性材料的磁化回线所包围的面积愈小愈好，愈接近于矩形的小面积“矩形磁化回线”愈好。开关电源的铜损，来自导线的直流电阻损耗，以及高频“趋肤效应”的高频损耗，所以用多股绝缘的导线(又称李兹线)铜单根导线绕组，可以有效降低高频损耗。过去设计硅钢片的大型工频电力变压器，需考虑体积、重量和性价比。有一个经验之谈，就是选择各参数优化到“铁损等于损”时，工频电力变压器有较高的效率、较小的体积、较轻的重量和较好的价比。注意，那只是对50HZ/60HZ工频交流电源而言，且是硅钢片磁性材料的;而对于超过20KHZ的
42、高频开关电源的电力电子变压器，或者电力电子功率电感而言，可选的磁材多种多样，可选导线也多种多样，高频波形与工频正弦波形有较大差异。所以，就不要死守什么“铁损与铜损相等”的传统说法了，能在一定成本和体积的条件下，尽量提高电功效率才是硬道理。电源拓扑不同的开关电源拓扑的电功效率是有差别的。相同的电源、负载，选择非隔离式拓扑时电功效率高于隔离式。所以在安全条件许可的情况下，尽量选用非隔离式更有利于节能，除非订货指定才做隔离式拓扑产品。电源电压愈接近负载电压时，会有较高的电功效率。无论升压或降压，电压变比愈大，电功效率愈差。所以，选合适的电源很重要。采用BOOST升压拓扑时电功效率比其他拓扑的电功效率
43、要高;尤其是用“无桥BOOST”的APFC更优异;10KW以上超大功率常用“三相无桥BOOST”的APFC其电功效率接近于1。当采用BUCK降压拓扑时，由于电流波形畸变，导致电功效率变差。因此，可用扫频仪分析找出谐波能量较大的若干个谐波频率，用高频谐L-C-D回路吸收一个或若干个频率的谐波能量，经整流把高频能量转化为直流能量回馈给直流母线，实现化害为利。既能降低THD%，又提升电功效率。由BOOST及BUCK两大基本拓扑，可以转化为其它多种各有特色的开关电源拓扑，拓扑愈简单，其电功效率会比复杂拓扑效率愈高些。输出电压、功率对效率的影响输出电压低、输出功率小的LED灯如何提高电功效率?(1)用电
44、压与IC相适应的直流电源来点亮小功率LED灯有较高的效率。例1：用2.7-6V直流电源，经过QX5238(或QX5239)驱动15毫安(或20毫安)的三支路或四支路LED灯，其电源电压仅高于LED灯电源50毫伏时，有很高电功效率(超过0.98)且各并联支路电流精度优于2%!例2：用太阳能光伏电池，白天给可充电电池(或超级电容)充电贮能，晚上自动点亮1-10个20毫安小电流LED草坪灯的专用芯片QX5232，其电功率优于0.9。例3：输入直流电源2-7V，可选择输出电流0.1-0.4A，不加接任何外接元件，用于矿灯或手电筒的专用芯片QX7135是最简单的了，电功效率也优于0.9。例4：适用于12
45、-24V直流电源，用BOOST?BUCK自动升降压拓扑点亮1-10W大功率LED灯的低压专用芯片QX5241，也是电功效率较高的范例。(2)用工频50HZ/60HZ、电压80-270V交流电源的LED灯如何提高电功效率?例5：最简单的电容恒流交流LED灯是两只(或两串)LED灯彼此反向并联，串入一只限流电容，再串入一只负温度系数的热敏电阻(NCT)限制开灯峰值电流，交流电源正半波点亮其中一只(或一串)LED灯，交流电源负半波点亮反向并联的另一只(或一串)LED灯，闪烁频率100HZ须选用较长余辉时间的荧光粉配方的LED，可以做到人眼可以接受的微量闪烁。接通电源点灯瞬间，负温度系数电阻NCT有较
46、高阻值，限制起动电流，随后NCT电阻发热升温，NCT电阻值大幅度下降，整灯电功效率比较高。例6：用20KHZ廉价节能灯电子镇流器改造成为“高频电力电子变压器”，降压供电取代上述的限流电容及NCT电阻，仍用“反向并联”两只(或两串)LED来实现高频交流LED灯，因没有低压整流二极管的损耗问题，电功效率也较高，且完全看不出闪烁。两只(或两串)彼此反向并联的LED灯，每只(或每串)LED只工作高频半波，所以LED的热量问题较易解决。只是LED颗粒多了一倍，成本会高一些，但随着LED单价迅速下滑，今后可能是可接受性能价格比优选方案之一。例7：用便宜的低压低内阻场效应管同步整流来取代LED灯供电的整流二极管，是提升输出电压低输出功率小的LED灯电功效率的有效方法之一。例8：用源极驱动的低损耗IC(QX9910)非隔离式LED灯，电功效率超过0.9可以实现。详见后文范例。四、LED灯的功率因数PF值问题美国能源之星2009-11公告的LED灯泡标准中，一个巨大的进步是对PF值持十分宽容的态度：5W以下LED灯的PF值不作任何要求，5W或以上的LED灯的功率因数只要求0.7就达标了。这不同于人们习
