改善中等功率LED照明的设计

在今天的改型照明市场中，成本是最强劲的助推器之一。 为什么中等功率 LED 制造商将重点放在帮助设计人员简化设计、减小总物料清单 （BOM） 方面，原因众多，成本便是其中之一。 许多最新改进侧重于在最小封装中获得最高能效和光品质。 有时，LED 制造商会提供有助于节省空间的高电压版产品，通过在单一封装中集成两个 LED 芯片来减少 LED 数量和成本，或者提供不同芯片表面，让设计人员根据具体应用选择合适的 LED。

工程师们一直在寻找既能简化产品设计，又能降低系统总成本的方法。 来自 Philips Lumileds、OSRAM Opto Semiconductors 和 SAMSUNG Electronics 的一些最新中等功率 LED 设计便是专门针对这一要求的。

Philips Lumileds 的 LUXEON 3535 2D 是中等功率 LED 技术领域的最新创新产品之一（图 1）。 这款 LED 用于产生 4000 K 冷白光时，能效高达 140 流明每瓦 （lm/W） 且最小显色指数 （CRI） 为 80。 它同时能将改型灯所需的 LED 数减少 50%。 该器件在单封装中集成双芯片，降低了改型灯、消费型射灯和工业漫射灯的设计成本。 这就是说，如果设计 50 W PAR 灯，则仅需四个 LED，如果是 40 W A19，则仅需六个 LED。据该公司介绍，这两种设计以前需要多达 14 个 LED。

中等功率 LUXEON 3535 2D LED 涵盖从 2700K 至 6500K 的全部相关色温 （CCT） 光谱，且最小 CRI 为 80。 这些中等功率 LED 采用 3535 外形尺寸，工作时功率为 0.5 W 至 1 W，亮度可达 130 流明。 额定电流为 100 mA，最大驱动电流可达 200 mA。 这些 LED 满足 85°C 和 150 mA 条件下工作 25，000 小时的能源之星要求。

图 1：Philips Lumileds 的 LUXEON 3535 2D LED 涵盖从 2700K 至 6500K 之间的全部 CCT 光谱，且最小 CRI 为 80。 （感谢 Philips Lumileds 提供数据）

Philips Lumileds 也开发出一款有助于简化灯具设计的高电压、中等功率版产品。 LUXEON 3535 HV 高电压 LED（图 2）拥有两个关键优势：高亮度和兼容高电压驱动器。 这些优势会减小灯具或灯泡的系统 BOM。

照明设备制造商可将 LUXEON 3535 HV LED 设计到较小的高电压驱动器中，简化总体照明解决方案设计，降低其总成本。 高电压中等功率产品组合包括 24 V 和 48 V 零件。

根据 Philips Lumileds 介绍，采用高电压 LED 的主要优势在于，其驱动器所含元件平均数量少于 20 个，而标准 LED 驱动器多达 50 个。 这样，既降低了 BOM 总成本，又能减少所需的元件库存数量。

LUXEON 3535 HV 48 V 版在 20 mA 时典型流明输出为 120 lm，在 4000K 色温和 80 CRI 时能效为 125 lm/W。 20 mA 时 24 V LED 的输出流明为 60 lm，且在 4000K 色温和 80 CRI 时能效为 125 lm/W。 这些 LED 采用 1/9 微色彩分档结构，具有 3 阶和 5 阶色彩精度，以实现严格的色彩控制。 该公司提供 24 V 和 48 V 器件的 LM-80 数据。 LUXEON 3535 HV 的应用包括空间有限的灯具，如改型灯、射灯、壁灯、壁式挂灯、吊灯。 这些产品可与其它 3535 器件互换使用。

图 2：Philips Lumileds LUXEON 3535 HV 48 V 器件采用 24 V 和 48 V的零件，在 20 mA 电流和 4000K 色温条件下典型流明输出为 120 lm，流明效率为 125 lm/W，具有 4000K 的色温和 80 的 CRI。 24 V LED 在 20 mA 电流和 4000K 色温条件下输出流明为 60 lm，流明效率为 125 lm/W ，具有 80 的 CRI。 （感谢 Philips Lumileds 提供数据）

Osram Opto Semiconductors 的 Duris S 5 紧凑型中等功率 LED 也是针对改型和射灯应用解决成本和设计问题的产品，使用一个封装和焊盘实现了三种不同的光通量和流明效率，可用于室内线条和大面积照明。 此外，这些 LED 的使用寿命超过 35，000 小时，可应对高达 105°C 的高温应用，换句话说，实现了更低的灯具制造成本。 除了改型灯和射灯外，这些 LED 也可用在面板灯具中。

Duris S 5 LED（图 3）具有适用于紧凑型设计的 3 mm x 3 mm 方形基底面和一个小而圆的发光面，也就是说，这种灯易于组合到二次光学器件中，如透镜和反射镜。 这种 LED 版本众多，其 CCT 涵盖 2700K 至 6500K（白光），最低 CRI 为 90（典型值 97）。

早期 Duris S 5 器件有三个版本，采用了不同的芯片表面和三种不同的亮度水平，且每个版针对不同的应用。 第一个版本适合要求从小面积空间内发出大量光线的应用，如射灯、LED 改型灯。 在 3000K、80 CRI 以及 150 mA 工作电流下，这些 LED 拥有 97 lm 高亮度和超过 100 lm/W 的能效。

Duris S 5 的第二个版本设计用于高能效应用，其能效在 65 mA 下达到 125 lm/W 且 3000K 时输出为 24 lm。 目标应用包括要求低能耗和隐蔽式单独发光点的面板灯具、线性改型灯。 第三个版本能满足所有这些应用要求，但为了实现最佳系统成本，能效较前两个版本略有降低。 该器件的能效达到了 113 lm/W，在 3000K 时亮度为 28 lm。

图 3：Opto Semiconductors 的早期 Duris S 5 LED 器件可满足三种不同亮度水平要求。 （感谢 OSRAM Opto Semiconductors 提供数据）

Osram 随后又针对射灯和改型灯开发出另外两种 CRI 超过 90 的 Duris S 5 LED 器件，以使显色更自然。 这种两芯片版本在 150 mA 时拥有 83 lm 的高光通量（通常在 3000K 时）。 典型正向电压为 6.35 V。

Samsung Electronics Co.， Ltd 的中等功率 LM561B 也是针对不同亮度水平和较低成本的产品（图 4）， 设计用于 LED 灯管、LED 环境灯、射灯和改型灯等应用。 这款 LED 的能效为 170 lm/W，性能比以前规定的水平提高了 6%。 据 Samsung 介绍，这款产品的能效在中等功率 LED 封装器件中是最高的。

比前代中等功率 LED 拥有更高能效，这款新产品降低了能耗，提升了热管理能力。换言之，可以使用体积更小的散热器并实现更紧凑的器件，最终获得成本更低的设计。

LM561B 系列色温范围宽，具有三种亮度水平并可进行四分之一分档，以获得一致的色彩品质或亮度。

图 4：Samsung Electronics 的 LM561B 系列色温范围宽，具有三种亮度水平。 （感谢 Samsung Electronics 提供数据）

LM561B 还通过了全部 6，000 小时 LM-80 测试。 测试结果包括 TM-21 数据，验证了在 150 mA 驱动电流和 85°C 工作温度下，L70 达到 93，000 小时。 这就是说，LM561B 在保持至少 70% 初始光输出的输出水平时，最少能工作 93，000 小时。 这使得这些 LED 灯适用于那些要求保持高流明水平的应用。

总之，为使 LED 在照明设备和灯具中进一步普及，LED 制造商正在开发拥有更高能效、更先进的特性和更多选项的中等功率 LED，从而帮助改进成本结构。 这些改进意味着，通过提供更简单的设计、更好的制造工艺以及一个更小的物料清单来降低成本。