1、一种极高光效（140lm/W）的 LED 光引擎茅于海现在 LED 光引擎已经是一个业内很多人都知道的一种新产品，也知道它主要是把 LED 驱动源和 LED 发光板集成在一起的模块，但是可能对于这种光引擎到底有哪些优点还不是非常清楚。可以说推广光引擎的最大好处有以下几个方面。1. 降低 LED 照明灯具厂家研发费用，缩短产品生产周期因为所有 LED 灯具的光学和电气指标都由光引擎生产厂家制定了。甚至还推荐了相应的散热器。灯具厂家只要把光引擎安装到散热器里面去就可以了。灯具厂商甚至不需要经验丰富的光学、电子工程师，也不需要购买昂贵的光学和电子仪器设备。换句话说，光引擎可以大大降低 LED 灯具厂
2、的准入门限，但却不会因此降低 LED 灯具的产品质量。当然这要求光引擎的生产厂家本身就要有极高的水平才行。2. 推广光引擎可以大大加速 LED 灯具的推广最近几年随着白炽灯的禁产、禁销，LED 灯具即将迎来爆炸式的增长。LED 灯具厂如雨后春笋般的大量涌出。这虽然是一种必然趋势，但是也带来了很多问题，尤其是表现在 LED 灯具的质量上的良莠不齐和个别厂商之间的无序的价格战。LED 光引擎的出现可以在很大程度上解决这类问题。因为质量是由几家生产光引擎的大厂决定，价格也不可能有太大的出入。这就大大地减少了由无序竞争而引起的内耗。有助于 LED 灯具产业的高速发展。3. 提升了 LED 灯具的整体性
3、能例如提高了整体光效（lm/W） ，这里是指包括电源效率在内的整体光效，当然对于整灯来说也还应当包括灯罩的透光率（不过这不是由生产光引擎的公司负责，而是由生产散热器的公司负责） 。又如色温，显色指数，等也可以按需生产。而且在同样的光通量时还可能降低功耗，进一步节能。4. 降低了成本至少可以省去了恒流驱动源的印制板，及其生产成本。实际上，由于采用COB LED，不但省去封装。生产还可以高度自动化，这就会大大降低生产成本。一 LED 球泡灯的光引擎所有的 LED 灯具都是是由三大部分构成： LED 光源、恒流驱动电源、散热器和外壳（包括灯头和灯罩） 。就拿 LED 球泡灯来说，如果要做成光引擎就必
4、须把它的电源板和 LED 铝基板合成为一块板，可以看出其难度是很大的。显然1. 开关电源不适合做光引擎开关电源虽然性能比较好，效率也比较高，但是最大的缺点就是元件数目非常多（通常需要三十几个） ，要和 LED 灯板集成在一起有很大难度。整个开关电源几乎占据了 70%以上的面积，而把 LED 的空间减到最小。它不但减小了LED 的发光面积，也挡去一部分光线。而且最大的问题是减小了 LED 的散热面积。2. 线性电源可以减少元件数但效率过低为了减少元件数，最简单的方法是改用线性电源，通常线性电源只有 5-6 个元件，这样就可以大大减小所占用的面积。目前市面上的光引擎大多数都是采用无电解电容的线性恒
5、流源，这种方案的缺点是和所有普通的线性电源一样，其效率只有 84%-93%，市电电压越高效率越低。而且还只允许市电电压变化小于20%范围内，LED 串的总正向电压也必须在设计值的 10%范围内，否则效率会变得十分低下。此外 LED 的光效利用率也只有 70-90%。另外还会有 100Hz 的闪烁。3. 电源和灯板合并会引起散热问题采用普通的线性恒流源虽然可以解决占用面积的问题，但是另外一个不能忽略的问题，那就是散热问题。因为当电源和灯板放在一起的时候，电源所消耗的功率也会变成热量而加到灯板上，虽然电源本身的热量也是要通过散热器散发出去的，但是把电源放到灯板以上就会增加灯板所需散去的热量，而且灯
6、板到散热器必须经过铝基板本身的绝缘层和铝基板和散热器之间的绝缘层，这两层绝缘层的热阻加大了铝基板的散热难度，这部分热量就会增高 LED 的结温，降低其寿命。而且线性恒流源最大的缺点就是效率极其低下，本身功耗极大。所以这是一个极为严重的问题。根据计算假如原来的 LED 结温是 85 度，其 70%光衰的寿命是 3.1 万小时。对于 1W 的电源功耗会使其结温升高了 18.5%，也就是升高到 100 度左右，它的寿命就从 3.1 万小时降低到 1.5 万小时，也就是降低了 16,000 小时。所以这种温升对寿命的影响是相当严重的，原来 3 万小时的寿命，现在降低一半变成 1.5万小时 。更何况线性
7、恒流源的效率根本无法达到 90%，而且在市电电压高于额定的 220V 时，其效率急剧降低。也就是说，任何采用普通线性电源做成的的光引擎会使 LED 的寿命至少降低一半以上。二 一种具有极高效率的光引擎为了要把驱动电源集成到 LED 铝基板上去，必须采用一种具有极高效率的恒流驱动源。也就是说，它作为驱动电源本身几乎不消耗什么能量。而且元件数也只有 5-6 个，体积很小完全可以集成到铝基板上去。此外，目前 LED 的发展趋势是去掉单个 LED 的封装，而采用 COB（Chip-On-Board）的方法把很多个无封装的 LED 串并联起来满足电源对电流电压的要求。下面是一个采用 COB LED 的光
8、引擎照片。图 1. COB LED 光引擎把这种光引擎加上散热器和外壳灯罩做成 LED 球泡灯以后，对它的具体技术指标进行了测试，其结果如下：1.电源电压：220V 2.输入功率：7.698W 3.输出流明：1014.7lm4.整体光效：131.81lm/W(包括电源功耗和光罩损耗在内）5.色温：6085K7.显色指数：85.2更为可贵的是和普通的线性恒流源不同，这么高的发光效率可以在 200V 到235V 的市电电压变动的范围内保持 130lm/W 不变！如果去掉光罩的损耗（ 0.9） ，那么光引擎本身的光效高达 146.45 lm/W，即使光罩损耗 0.94，光效也高达140lm/W。这种
9、新型的 COB LED 光引擎具有更多的优势：这种光引擎具有以下优点： 1. 驱动恒流源集成到铝基板上以后减少了一块电源印制板，降低了成本，减少了工序，节约了生产成本。2. 因为电源效率提高，就相当于提高了整灯的光效（lm/W） 。这是因为整灯光效必须考虑恒流源的功耗。在采用相同光效的 LED 情况下，整灯光效可以提高 10%左右。3. 因为电源效率极高，这样还可以降低对散热器的要求。这种对散热器要求的降低是非常关键的。因为过去业内一直有这样的说法，就是 LED 球泡灯的最大可能功率是 9W。因为散热器的外形必须和白炽灯的梨形相似，其所能散发的热量就有一定的限制，9W 的球泡灯已经是其极限了。
10、而采用这种光引擎以后就可以很轻松地实现 9W 球泡灯了。而且还能得到 1,000 流明以上的光通量。4. 采用 COB LED，省去了封装，而且生产可以全部自动化，降低了生产成本。5. 如果铝基板采用镀银或抛光而具有更高的反射率，其光效也可以比封装后的LED 更高。6. 采用了环形 COB LED，所有的 LED 尽可能分散排列而不是集中在一小块面积之上，而且更加靠近散热器，由于 LED 芯片直接固定于铝基板上，所以热阻更低，散热效果好，寿命更长。7. 采用光引擎的结构以后，机械上只要固定到散热器，电气上只有两根市电电源线须要连接到灯头，接口十分简单。8. 由于整个光引擎出厂时已经通过全部测试
11、，所以对下游厂家要求十分简单，只要安装上散热器并焊两根线到灯头就可以了，不需要有任何复杂的电气测试。所以很容易大量销售至普通的生产厂家。三 用这种光引擎做成的球泡灯的国家测试结果为了得到正式的测试结果，我们把这种光引擎做成球泡灯以后拿到中国“国家电光源质量监督检验中心（上海） ”进行了检测。其检测结果如下：由检测报告可知，1#样品的总流明在输入功率为 7.9 瓦时可达 1000 流明以上，其光效高达 126.3 lm/W。必须注意的是它包括了灯罩的光衰，假如灯罩透光率是 90%的话，那么光引擎本身的光效超过了 140 lm/W（126.3/0.9=140.3lm/W） 。而且显色指数也高达 8
12、4.5。据该中心有关人员说这是他们成立以来所测得的最高光效。四 和日本品牌 LED 球泡灯的比较下面我们可以列出和日本品牌 LED 球泡灯的性能比较表：厂家 夏普 夏普 东芝 东芝 三菱 松下 埃菲莱型号 DL-LA43N DL-LA63N LDA7N-G LDA9N-G LDA10D-G LDA11D-G LB-1008电源电压 100V 100V 100V 100V 100V 100V 100V功率 6.1W 7.7W 7.0W 8.8W 10.4W 11.9W 6.5W色温 4979K 5279K 5073K 4981K 6579K 6484K 5809K流明数 483 lm 663 l
13、m 543 lm 830 lm 893 lm 895 lm 833 lm整灯光效 79 lm/W 86 lm/W 78 lm/W 95 lm/W 86 lm/W 75 lm/W 128lm/W显色指数 80.6 81.8 78.9 78.5 80.7 74.6 80.0功率因数 0.580.7 0.580.7 0.60.7 0.60.7 0.60.7 0.620.7 0.570.7价钱日元 ￥1180 ￥1980 ￥1080 ￥1980 ￥1980 ￥2480人民币 72.49 121.63 66.34 121.63 121.63 152.34 60.00从表中可见，我们埃菲莱的球泡灯总流明数
14、和东芝的 LDA9N-G 相当都是 830流明以上，可以取代 60W 白炽灯。但是由于我们的光效高，所需的输入功率比东芝的还要低 2.3W，也就是说，我们比东芝的类似球泡灯还要节省 26%的电能！价钱低一半多！五 LED 吸顶灯光引擎那么是不是光引擎只能用在球泡灯呢？不是这样，可以说它几乎能够用于所有类型的 LED 灯具。下面我们就先来看一下用于 LED 吸顶灯的光引擎。我们知道 LED 吸顶灯和其他 LED 灯具一样，需要由 LED 灯板和其恒流驱动源两部分组成，同样，我们也可以采用 COB LED 来做吸顶灯的光引擎。这时我们采用长条形的 COB LED。其照片如图 2 所示。图 2. 采
15、用 COB LED 的吸顶灯照片其技术指标如下：1.额定电压：220V， 2.输入功率：16W 3.总光通量：1622lm 4.整体光效：101lm/W 5.色温：3289K 6.显色指数：80。 其整体光效（含恒流驱动源）在200V 到 230V 都大于 100 lm/W。六 T5 灯管光引擎对于 T8 灯管来说，市面上已经有很多内置电源的 LED 灯管了。因为它的内部空间很大，所以把电源放进去也不是一件难事。可是对于 T5 灯管就不然了，因为 T5 灯管很细，内部空间很小，很难把 LED 恒流电源也放进去。所以市面上几乎完全没有内置电源的 T5 型 LED 灯管，都是把电源和灯管做成一体化
16、的带灯座的异形灯管，这种灯管不能直接替换原来的荧光灯的 T5 灯管。而且本来 T5 型的 LED 灯管它的散热就是一个问题，即使能够把电源放进去，更会增加其散热的困难程度。然而有了这种超高效率的小体积的 LED 恒流源，情况就完全改观了。这种 T5的光引擎的照片如下图所示：图 3. 用于 T5 灯管的 COB LED 光引擎它有两种光引擎，一种是带电源的有源光引擎，还有一种是只是 COB LED 的无源光引擎，它们的长度都是 200mm 左右。对一个 1.2m 的 T5 的灯管，一共需要 1 根有源光引擎和 5 根无源光引擎。由于它们都很窄，所以很容易安装进T5 的灯管里。这种样品的实测结果如
17、下：1.额定电压：220V 2.功率：12.2W 3.光通量：1340 lm 4.光效：109.8 lm/W 5.色温：7467K 6.显色指数：83七. LED PAR 灯的光引擎同样，这种 LED 光引擎也可以用的大功率的 PAR 灯里，图 4 就是它的照片。图 4. LED PAR 灯的光引擎它的性能指标如下：1.功率：26.88W 2. 光通量：2629.7 lm 3.光效：97.84 lm/W4. 显色指数：80.4由此可见这么小的体积可以产生这么大的流明数，而且具有这么高的发光效率是极其罕见的。八高效光引擎的十大优点这种高效光引擎的优点可以归结如下十点：1.把恒流源放到铝基板上，去
18、掉了电源印制板，减小了空间，降低了成本。2.恒流源的高效率，可将整灯光效(lm/W)提高 10%左右3.提高电源效率，也减小了 10%能耗，进一步节能4.电源芯片不需要带散热片的封装，甚至也可以不用封装，从而降低了成本5.减少了整灯的热量，如果采用同样的散热器，可以降低 LED 结温，延长 LED寿命6.恒流源一共只有 5 个元件，提高了电源的可靠性7.采用环形 COB LED，也进一步改进了散热，提高了光效8.整灯不存在电磁干扰 EMI 的问题9.对外机械接口只有铝基板尺寸和三颗螺钉位置，电气接口只有两根 220V 电源线，很容易标准化10.简化了生产过程，降低了生产成本，连同 BOM 成本
19、的总成本降低 50%左右很多机构都希望光引擎能够促进标准化，但是迄今为止并没有出台过任何具体的指标。对于球泡灯和吸顶灯甚至包括射灯，PAR 灯等很多灯具来说，其实真正需要标准化的只是其直径尺寸和定位螺钉的位置。只要这两个标准化了，各种光引擎就可以实现互换。九光引擎的未来光引擎能够成为现实的关键技术必须有极高效率的恒流驱动源，有了这种极高效率的恒流驱动源才能够把电源放到 LED 铝基板上去！现在这已经成为现实了！而且开发出了特高光效的光引擎！特别需要指出的是，前面所有的高光效光引擎产品都没有采用 Cree、 OSRAM 或日亚等大公司的超高光效也超贵的 LED 芯片，而是采用了台湾生产的最普通的
20、 LED 芯片而实现的！LED 灯具是一种新型的电光源，作为电光源如何能够把电能最有效地转化为光能。人们世世代代所追求的就是如何提高其光效，也就是发光效率。当今全球变暖的严峻形势迫使节能减排成为擺在我们面前的最重要的课题。而照明占用了 13%的能源消耗。LED 替代所有现有的电光源已经提到了最迫切的议事日程上来。同样是 LED，如何千方百计地提高其发光效率也是非常重要的课题。本文所介绍的光引擎，能够在采用普通的 LED 芯片的基础上提高光效达 40%以上，可以说是一种革命性的突破！如果能够推广到所有 LED 灯具上，就可以进一步节能 40%之多！这将对于我国以致全世界的节能减排是极其重要的贡献！此外，可以说光引擎的未来非常光辉灿烂！因为它将成为各种不同灯具的共同选择，采用光引擎以后，不但降低了成本，提高了性能，而且统一了规格，保证了质量。彻底结束了 LED 灯具市场的乱打价格战无序竞争局面，也彻底消除了广大用户对于 LED 灯具质量参差，品质恶劣的坏印象。可以说，这种高性价比的光引擎的出现必将开创 LED 灯具的新时代！（作者邮箱：）
