板上芯片LED在照明設計中降本、節能的原理和方法 - 全文

　　LED 在許多方面都勝過傳統照明光源，包括更高的能效、更長的使用壽命和更小的體積。然而，成本問題卻一直令許多照明設計工程師感到頭疼，這也是為什么 LED 制造商要繼續創新，提升規模經濟的關鍵原因。板上芯片（COB）光源模塊是有助于降低成本的最新封裝方法之一。在這種模塊中，LED 芯片采用半導體芯片形式，既無外殼，也不用連接，只需直接安裝到 PCB 上或者更通俗地講，安裝到基材上。而且，這種封裝形式還帶來了許多相關優勢，如設計更靈活、配光更好、制造工藝更簡單等。

　　設計人員希望認真考慮是否在其新一代照明設計中使用 COB LED 還有其他的原因。在市場研究公司（Research and Markets）最近提供的報告中分析人員指出，COB LED 屬于廣域光源發射器（因此，可用于高速公路和路燈照明）具有三大優勢：更好的混色、更好的照明效果和低熱阻要求。該公司分析人員指出，這些 COB LED 還能實現更高的功率密度、更高效的散熱性能且僅需更小的板空間，因此能很好地適合廣泛的通用照明應用。

　　現在，讓我們來檢驗幾種 COB LED 產品，包括 Bridgelux 的 Vero?、 Sharp 的 Zenigata 和 Cree 的 CXA 產品，看這些產品如何能在節約能耗、降低成本的同時簡化照明設計。

　　Bridgelux （Livermore， CA）去年推出了高性能 Vero 系列 COB LED 陣列（圖 1）：標稱光通量 120 lm/W，最小平均光通量 110 lm/W。據報道，這項改進使其比前代產品節能約 11%。該系列采用四面發光（LES）配置，工作溫度范圍寬。此外，Vero 陣列提供兩個 SDCM（顏色匹配標準偏差）和三個 SDCM 顏色控制選項，用以實現高精度色彩控制和均勻光照。

　　板上芯片LED在照明設計中降本、節能的原理和方法

　　圖 1： Bridgelux Vero 系列提供 70、80、90 和 97 Décor CRI 選擇。（暖白光光譜為 3，000 K 80 CRI，自然白光為 4，000 K 80 CRI，冷白光為 5，000 K 70 CRI。承蒙 Intellident 提供數據）。

　　據 Bridgelux 介紹，高精度色彩控制“通過在臨近光源之間實現更高的一致性和均勻性來提升光照質量” 。另外，Vero 系列超過了美國加利福尼亞能源委員會關于照明燈具的 R9 要求。

　　據 Bridgelux 介紹，基于 3，000 K、80 CRI 配置且采用標稱電流驅動的所有外形系數器件，其平均輸出性能為 120 lm/W。但是，設計人員如采用低電流驅動可實現高達 140 lm/W 的輸出性能。

　　此外，Vero 平臺還通過板載連接器端口實現了即插即用連接，能讓照明制造商進行無焊電氣連接、簡易安裝，因此有助于簡化制造工藝。具體優勢包括低成本、快速面市、更低的庫存要求。

　　以下為主要技術規格：

　　流明輸出性能范圍為 240 - 16，400 流明

　　CCT 在 2，700 - 5，000 K 之間可選

　　CRI 可選 70、80、90 和 97 CRI Decor 產品

　　三個 SDCM 標準用于實現 2，700 K 至 4，000 K CCT，并提供兩個 SDCM 選擇

　　可在高達 2 倍額定電流驅動下可靠地工作

　　放射狀芯片提升了流明密度和光束控制能力

　　熱隔離式焊盤

　　無焊接連接器端口，具有即插即用連接和現場升級功能

　　標志和 2D 條形碼位于產品上側

　　其它優勢包括可兼容大量標準驅動器（350 mA 電流增量值）和光學元件，能使設計更靈活，選擇范圍更廣，因此可縮短開發周期、降低成本、減少煩人的庫存問題。

　　來自 Sharp Electronics Corp. 的 Zenigata COB 技術也能簡化設計。該系列模塊包括三種變體： Mega、Mini 和 Petite Zenigata。 Sharp 的設計將金屬基材換為陶瓷基材，據該公司介紹，這種材料的“散熱性能最佳且無變色”。這就是說，能一直保持恒定的流明輸出，但無色彩變化。均勻的 LES 簡化了光學設計，同時又提升了各種不同應用中的光照質量。

　　下面詳細介紹 Sharp COB 模塊。

　　Mega Zenigata 50 - 80 W 模塊節能性好，專用于高功率照明應用。據報道，高亮 LED 可消除一個照明燈具中多個 LED 周圍的光源不均勻問題。這些模塊僅允許一個燈具中使用一個 LED，既節省空間，又消除了光照不均勻問題。 Mega Zenigata 系列的封裝尺寸為 20 × 24，包括高 CRI 和低 CRI 兩種模塊且最低 CRI 性能分別為 90 和 80。這些 COB LED 可用于室內外照明，包括建筑照明、聚光燈、射燈、嵌入式筒燈、場地和物體照明。

　　Sharp 針對中等尺寸產品應用提供 15 W Mini Zenigata COB 系列，該系列采用圓形 8 mm LES，可以簡化鏡頭和反射片設計。據 Sharp 介紹，Mini Zenigata LED 的封裝為 15 x 12 x 1.6 mm，表面積約為 Mega 產品的三分之一并能減小發光區域。應用包括室內、室外照明、建筑照明、閱讀燈、移動照明、信號和標志燈以及場地和物體照明。

　　在低功耗產品方面，4 - 6 W 的 Petite Zenigata COB LED（圖 2）專門用于要求更小鏡頭的應用，如小型聚光燈或者軌道燈。這些 LED 采用 8 x 12 mm 小型封裝、4 mm LES。使用 9.6 V 產品時，可在 MR16 燈（通常需要 12 V）中采用降壓型 DC/DC 轉換器，而更高電壓（40 V）的部件可簡化線路電壓 GU10 燈泡的驅動器設計。這些 LED 可用于需要鏡頭極其緊湊的設計中，包括 MR16 替換燈、GU10 替換燈、小型軌道燈、小型投射燈、吊燈、小型閱讀燈和小型強光燈。高 CRI 系列（最低 CRI 90）可產生 300 - 395 流明亮度。

　　板上芯片LED在照明設計中降本、節能的原理和方法

　　圖 2： Sharp Petite Zenigata COB LED 采用 8 x 12 mm 小型封裝、4 mm LES。使用 9.6 V 產品時，可在 MR16 燈（通常需要 12 V）中采用降壓型 DC/DC 轉換器，而更高電壓（40 V）的部件可簡化線電壓供電型 GU10 燈泡的驅動器設計（承蒙 Sharp 提供數據）。

　　Cree Inc. （Durham， NC）最近在推出 85°C 時超過 11，000 流明的 CXA3070 LED 陣列，進一步擴大了其 CXA 系列陣容。該高光輸出 LED 陣列旨在簡化設計、降低系統總成本，在 85°C 時輸出達到 134 lm/W 并提供 70 - 95 之間的 CRI 選擇。該系列 LED 在 85°C 下經過特征化和分檔，支持 ANSI 白光和 EasyWhite 色溫（2，700 K - 5，000 K）。

　　CXA3070 LED 陣列具有高流明輸出和高能效，可達到 8000 至超過 10，000 流明的系統性能。也就是說，該產品可用于如高棚燈和陶瓷金屬鹵化物替換燈等高流明輸出應用中。

　　該供應商提供的 CXA 3070 陣列（下文圖 3）相對光通量值指的是：CXA3070 在給定條件下穩定工作時的測量值與分檔期間光通量測量值的比值（TJ = 85°C、1，925 mA 條件下的脈沖測量值）。

　　例如，在 TC = 25°C、IF = 1，300 mA 穩定狀態下，相對光通量比值為 80%（如圖表所示）。如過 CXA3070 LED 在分檔期間的測量值為 8，500 lm，則能在 TC = 25°C、IF = 1，300 mA 的穩定工作狀態下輸出 6，800 lm （8，500 * 0.8）。

　　板上芯片LED在照明設計中降本、節能的原理和方法