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未来LED照明产品设计的关键:高可靠性

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  由高工LED主办的“乐雷光电—LED照明应用技术讲座”于2010年12月18日在青青世界举行。这是继17日“LED前沿技术主题报告会”、“高工LED论文大赛暨工程师论文报告会”之后又一专业性技术讲座。会上,演讲嘉宾围绕产品开发设计、测量、可靠性及适应性,以及驱动电源等问题与参会的工程师开展激烈讨论。

  王世明:如何提高LED产品及控制系统的可靠性

如何提高LED产品及控制系统的可靠性?乐雷光电制造部总经理王世明认为应该依托高可靠性产品(系统工程)打造政府单位、产品制造商、照明设计顾问公司、专业经销商四赢的思维。专利不等于技术,不等于市场,不等于利润,不等于现金,只有好的产品/系统+好的照明设计+好的专业经销商+好的系统安装调试=高可靠性产品/系统工程=“现金”。

  王总表示,2007年Q4至2010年Q3,乐雷21个主要LED工程平均年度故障率为0.98%,平均年度可靠性为99.2%。如此高的可靠性是如何来的?他通过介绍广州亚运会珠江沿岸亮化工程、上海世博会各展馆亮化工程、世界佛教论坛主会场亮化工程、北京花博会主场馆亮化工程等大型政府工程,和与会者分享了把握产品高可靠性上的经验。

  陈斌:LED应用产品的开发方式

中龙交通科技总经理陈斌认为,主导LED应用产品开发主要的一个理念是:好的开发方式是开发好产品的基础。产品开发应遵循需求分析、需求设计、产品设计、产品检测这一开发流程图,其中需求分析涉及应用要求、应用的方式、应用的条件、应用特点等四个环节。

  以隧道灯为例,应用要求需考虑隧道照明只要求对路面及墙壁2M以下的区域照明、防护等级IP65、应具有适合公路隧道特点的防眩装置、能调整安装角度,配件易更换、亮度总均匀度最低级别要求>0.4,纵向亮度均匀度最低级别要求>0.5。应用的方式考虑隧道照明为24小时不间断照明,分为白天照明和夜间照明,白天采用分段照明,主要分为入口段、过渡段、中间段、出口段四部分,夜间采用不分段照明,隧道内统一保持基本照明。应用的条件考虑隧道灯安装高度为5-6米,安装间距最大小于12米、要兼顾灯具排列的频闪问题、隧道内汽车尾气污染严重、车辆单向行驶和隧道内的射流风机易形成活塞风。应用特点考虑照明指标要求较高、部分地区电网环境较差、隧道通车之后,后期维护困难等因素。

  陈旭:LED道路照明设计难点——环境适应性和可靠性

江苏欣力光电总经理陈旭介绍了LED照明应用产业在环境适应性和可靠性方面的现状,就目前情况来看,照明应用仍存在:光源不稳定、寿命短,配光有难度,显光斑等等困难。

  通过从封装工艺、光效、导热、照射距离四个方面对比了全金属嵌入式、薄基板式、单晶不同封装工艺LED路灯照明产品设计,发现金属封装光源模组具有散热性能好、 配光优良、 发光效率高的优势,它可以让客户减少硬件投资成本、减少生产人工成本、减少投资风险成本。

  潘建根:LED灯具测量的问题和测量技术新趋势

远方光电董事长潘建根教授介绍,根据美国 CALiPER Summary Report 显示制造商标称值与实际测量值存在很大偏差。潘教授从测量条件、燃点姿态、光通量等方面介绍了CIE R2-42 LED灯具的测量方法。

  另外,潘教授介绍了LED产品质量核心测试、不同LED测试应用场合、LED新型照明对光度学、色度学、光与人的关系等测量技术新趋势。

  对于LED产品质量核心测试,应考虑亮度分布测量、近场光度和色度测量、二维光谱光度和二维颜色测量、温度特性和耐久性测试、LED产品标准灯关键技术等因素;不同LED测试应用场合应考虑半导体照明现场测试、半导体照明瞬态特性在线测试;LED新型照明对光度学、色度学、光与人的关系,则应考虑中间视觉效应、显色性等评价、光生物安全等。

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  王希天:交流LED灯技术分析及产业化应用

韩国首尔半导体公司2010年广告宣称发明并量产“交流LED灯”,引起中国LED产业界关注。广西大学王希天教授认为,交流LED灯,是对传统直流 LED灯观念上的一大突破,中国可以开始研发交流LED灯,并将其形成中国的自主知识产权,建立可量产有市场竞争能力的交流LED灯产业。

  然而,交流LED灯技术难点——闪烁问题亟待解决。王教授认为,可以尝试用稀土铕元素,提升荧光粉余辉超过十毫秒,用这种配方的荧光粉,生产出专门适应交流LED灯的“稀土长余辉LED专用荧光粉”,可以消除困扰交流LED灯发展的“闪烁”问题。

  另外,可用“波形移相复盖”技术,使视觉感受不到交流LED灯的闪烁,就是用不同时段过零的两相或三相交流电,点亮两组或三组独立的交流LED灯,再把这些LED灯集成在同一灯具内,既保留了交流LED电功效率较高的优点,又由于“波形移相复盖”技术,从根本上消除了灯光过零闪烁。

  徐连城:LED灯具结构及外观设计的思考与探索

LED专家徐连城表示,目前市面上所有路灯产品都设计得毫无特色。他建议设计工程师应结合地域文化开发具有工业化又有艺术品味的产品。此外,现在的路灯设计还存在材料表面处理(含电源),难以经受长时间恶劣环境的侵蚀;矩形状不符合防风阻要求;大功率集中在整块热沉材料上工作,易造成热岛效应;整体设计带来后期维护的困难;棱角锋利的裸体散热块,不符合灯具安全标准要求诸多问题。

  他认为针对第一、二个问题,可以给灯具加一个流线型的上盖,流线型的上盖不要有大面积的平面,并且最好是中间高,周边低。当然盖子上要有设计合理的散热孔和导流面。针对第三、四个问题,建议将灯具“化整为零”,放弃整体式设计,改为模块化设计。而对第五个问题,建议灯具设计工程师要站在操作工人的角度考虑,在设计中尽量关注细节性的问题。

  颜重光:新型高效率LED通用照明驱动解决方案

上海晶丰明源半导体市场总监颜工介绍了LED恒流源低压大电流驱动芯片及典型应用、LED恒流源非隔离驱动芯片及典型应用、LED恒流源隔离驱动芯片及典型应用、LED灯具可控硅调光方案、LED日光灯驱动电源方案、LED照明系统应用方案,以及各国对LED驱动器的PFC或THD要求。

  他认为,大功率光源散热设计是关键:光源周边留有一定的空间,以便空气环流帮助光源铜铝基板散热;采用导热性能优良的铝基PCB板而不使用传热性差的玻纤PCB板;散热器的设计要符合空气动力学原理,使热源空气能向自动冷端空间流动,无需借助外力而自动形成对流气流迅速散热。

  蒋大鹏:LED驱动电源的设计要点

英飞特电子高级工程师蒋大鹏认为,LED驱动电源的设计应首先区分寿命与故障时间这两个概念。寿命是指单个产品正常工作之前的时间,故障时间是指硬件从开始运行到出现故障的最长时间。通过对LED照明器件故障的分析发现,LED芯片的故障率小于5%,LED驱动故障率多于90%,其他元素故障率小于 5%。因此,提高LED寿命,应选择质量高、寿命长的电容,减少电容输出功率的波动电流,让工作电压回到它的额定值。

  未来,LED驱动电源将在无线调光、电力线路通信调光、0-10V调光、阶段截止调光、新一代3-wire调光、新一代框图调光等方面得到应用。

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