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板上芯片 (COB) LED 能在照明設(shè)計(jì)中降低成本、節(jié)約能耗的原理和方法

作者: 時(shí)間:2017-10-24 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

   在許多方面都勝過傳統(tǒng)照明光源,包括更高的能效、更長(zhǎng)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(shè)計(jì)工程師感到頭疼,這也是為什么 制造商要繼續(xù)創(chuàng)新,提升規(guī)模經(jīng)濟(jì)的關(guān)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, 芯片采用半導(dǎo)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(guān)優(yōu)勢(shì),如設(shè)計(jì)更靈活、配光更好、制造工藝更簡(jiǎn)單等。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/201710/368044.htm

  設(shè)計(jì)人員希望認(rèn)真考慮是否在其新一代照明設(shè)計(jì)中使用 COB LED 還有其他的原因。 在市場(chǎng)研究公司 (Research and Markets) 最近提供的報(bào)告中分析人員指出,COB LED 屬于廣域光源發(fā)射器(因此,可用于高速公路和路燈照明)具有三大優(yōu)勢(shì):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(shí)現(xiàn)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(yīng)用。

  現(xiàn)在,讓我們來檢驗(yàn)幾種 COB LED 產(chǎn)品,包括 Bridgelux 的 Vero™、 Sharp 的 Zenigata 和 Cree 的 CXA 產(chǎn)品,看這些產(chǎn)品如何能在節(jié)約能耗、降低成本的同時(shí)簡(jiǎn)化照明設(shè)計(jì)。

  Bridgelux (Livermore, CA) 去年推出了高性能 Vero 系列 COB LED 陣列(圖 1): 標(biāo)稱光通量 120 lm/W,最小平均光通量 110 lm/W。 據(jù)報(bào)道,這項(xiàng)改進(jìn)使其比前代產(chǎn)品節(jié)能約 11%。 該系列采用四面發(fā)光 (LES) 配置,工作溫度范圍寬。 此外,Vero 陣列提供兩個(gè) SDCM(顏色匹配標(biāo)準(zhǔn)偏差)和三個(gè) SDCM 顏色控制選項(xiàng),用以實(shí)現(xiàn)高精度色彩控制和均勻光照。

  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(shù)據(jù))。

  據(jù) Bridgelux 介紹,高精度色彩控制“通過在臨近光源之間實(shí)現(xiàn)更高的一致性和均勻性來提升光照質(zhì)量” 。 另外,Vero 系列超過了美國加利福尼亞能源委員會(huì)關(guān)于照明燈具的 R9 要求。

  據(jù) Bridgelux 介紹,基于 3,000 K、80 CRI 配置且采用標(biāo)稱電流驅(qū)動(dòng)的所有外形系數(shù)器件,其平均輸出性能為 120 lm/W。 但是,設(shè)計(jì)人員如采用低電流驅(qū)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 140 lm/W 的輸出性能。

  此外,Vero 平臺(tái)還通過板載端口實(shí)現(xiàn)了即插即用連接,能讓照明制造商進(jìn)行無焊電氣連接、簡(jiǎn)易安裝,因此有助于簡(jiǎn)化制造工藝。 具體優(yōu)勢(shì)包括低成本、快速面市、更低的庫存要求。

  以下為主要技術(shù)規(guī)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(chǎn)品

  三個(gè) SDCM 標(biāo)準(zhǔn)用于實(shí)現(xiàn) 2,700 K 至 4,000 K CCT,并提供兩個(gè) SDCM 選擇

  可在高達(dá) 2 倍額定電流驅(qū)動(dòng)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

  無焊接端口,具有即插即用連接和現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)功能

  標(biāo)志和 2D 條形碼位于產(chǎn)品上側(cè)

  其它優(yōu)勢(shì)包括可兼容大量標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)器(350 mA 電流增量值)和光學(xué)元件,能使設(shè)計(jì)更靈活,選擇范圍更廣,因此可縮短開發(fā)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(shù)也能簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。該系列模塊包括三種變體: Mega、Mini 和 Petite Zenigata。 Sharp 的設(shè)計(jì)將金屬基材換為陶瓷基材,據(jù)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(jiǎn)化了光學(xué)設(shè)計(jì),同時(shí)又提升了各種不同應(yīng)用中的光照質(zhì)量。

  下面詳細(xì)介紹 Sharp COB 模塊。

  Mega Zenigata 50 - 80 W 模塊節(jié)能性好,專用于高功率照明應(yīng)用。 據(jù)報(bào)道,高亮 LED 可消除一個(gè)照明燈具中多個(gè) LED 周圍的光源不均勻問題。 這些模塊僅允許一個(gè)燈具中使用一個(gè) LED,既節(jié)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(nèi)外照明,包括建筑照明、聚光燈、射燈、嵌入式筒燈、場(chǎng)地和物體照明。

  Sharp 針對(duì)中等尺寸產(chǎn)品應(yīng)用提供 15 W Mini Zenigata COB 系列,該系列采用圓形 8 mm LES,可以簡(jiǎn)化鏡頭和反射片設(shè)計(jì)。 據(jù) Sharp 介紹,Mini Zenigata LED 的封裝為 15 x 12 x 1.6 mm,表面積約為 Mega 產(chǎn)品的三分之一并能減小發(fā)光區(qū)域。 應(yīng)用包括室內(nèi)、室外照明、建筑照明、閱讀燈、移動(dòng)照明、信號(hào)和標(biāo)志燈以及場(chǎng)地和物體照明。

  在低功耗產(chǎn)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(yīng)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(chǎn)品時(shí),可在 MR16 燈(通常需要 12 V)中采用降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,而更高電壓 (40 V) 的部件可簡(jiǎn)化線路電壓 GU10 燈泡的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)。 這些 LED 可用于需要鏡頭極其緊湊的設(shè)計(jì)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(qiáng)光燈。 高 CRI 系列(最低 CRI 90)可產(chǎn)生 300 - 395 流明亮度。

  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(chǎn)品時(shí),可在 MR16 燈(通常需要 12 V)中采用降壓型 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,而更高電壓 (40 V) 的部件可簡(jiǎn)化線電壓供電型 GU10 燈泡的驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)(承蒙 Sharp 提供數(shù)據(jù))。

  Cree Inc. (Durham, NC) 最近在推出 85°C 時(shí)超過 11,000 流明的 CXA3070 LED 陣列,進(jìn)一步擴(kuò)大了其 CXA 系列陣容。 該高光輸出 LED 陣列旨在簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)、降低系統(tǒng)總成本,在 85°C 時(shí)輸出達(dá)到 134 lm/W 并提供 70 - 95 之間的 CRI 選擇。 該系列 LED 在 85°C 下經(jīng)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(dá)到 8000 至超過 10,000 流明的系統(tǒng)性能。 也就是說,該產(chǎn)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(yīng)用中。

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

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

  圖 3:相對(duì)光通量值的確定依據(jù)為:CXA3070 在給定條件下穩(wěn)定工作時(shí)的測(cè)量值與分檔期間的光通量測(cè)量值之比(TJ = 85°C、1,925 mA 條件下測(cè)得的脈沖測(cè)量值)(承蒙 Cree 提供數(shù)據(jù))。

  Cree CXA3070 陣列的關(guān)鍵規(guī)格:

  支持在 2,700 K、3,000 K、3,500 K、4,000 K 和 5,000 K CCT 條件下進(jìn)行四階、二階 EasyWhite 分檔。

  支持在 4,000 K 和 5,000 K CCT 條件下進(jìn)行 ANSI 白光分檔

  最小 CRI 可選 70 或者 80

  正向電壓: 38.5 V

  85°C 分檔和特征化

  最大驅(qū)動(dòng)電流:2,800 mA

  115° 視角、均勻色度分布

  頂部焊接連接

  總而言之,成本將是照明工程師始終要面對(duì)的大問題, 但隨著 LED 的平均售價(jià)降低,COB LED 將會(huì)越來越被設(shè)計(jì)人員接受,因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)這些器件極具潛力,擁有更好的節(jié)能效果、更強(qiáng)的靈活性以及更好的光分布,最終讓照明系統(tǒng)制造商和最終用戶受益。



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