AC驱动成LED照明市场新宠 酷蓝科技深耕ACLED领域

来源:|3 作者:冼梅芳 2015-04-08 点击量:19067 中号

习总书记在2014年5月对中国经济要适应“新常态”的重要标表述,引发了社会各界的高度关注,也使“新常态”成为当前最热的关键词之一。而在LED照明领域,伴随着市场的逐渐渗透以及技术的不断成熟,LED照明也从最初的阳春白雪、曲高和寡发展到今天的趋于稳定的“新常态”。上海酷蓝电子科技有限公司(下称酷蓝科技)总经理王钦恒认为,LED照明市场也从原来的群雄并起往优化结构方向发展,这是行业的进步。而各LED厂家长期累积起来的竞争壁垒势能,也到了释放为现金流动能的时候。

经过市场竞争,能有广阔发展空间的将是那些经过大规模投资并取得规模效应的企业,或者是依赖技术进步并在某一细分领域做到行业冠军的企业。王钦恒表示,酷蓝科技依靠设立在美国硅谷的芯片设计和扎根本土的技术服务,目标是成为全球LED照明AC驱动芯片及AC驱动模组的领导者。LED照明有着稳定增长的市场空间,激励着众多LED从业者投身其中。LED照明是一个新的朝阳产业,处于当今信息畅通的互联网时代,不论是新进入者还是老牌照明企业,在新技术的选择上处在同一起跑线。因此,他认为:“LED厂家需要创新思维,具有敢为天下先的勇气;同时需要谨慎论证,落实到实处,以专业态度严格遵守成熟的行业规范,不因短期利益牺牲产品质量,这样涓涓细流终能汇成璀璨的LED照明海洋。”

国产AC芯片占绝对市场份额

LED照明行业的上游基础是LED芯片的制造以及LED封装,离不开长期的半导体工艺的积累和材料科学的基础,需要庞大的研发投入和专业科技人才,这些恰恰是国内企业的短板。长期以来国内企业更注重市场与营销,更关注应用产品和建立渠道这些立竿见影的行为,导致我国LED技术长期落后于国外先进水平。

但在国家产业政策的激励下,国内也有了芯片制造、LED封装等上市企业。王钦恒提到:“希望我们的企业能静下心来做研发,共同建立企业和国家层面的研发平台,为中国LED照明奠定牢固的基础。”此外,中国也有着得天独厚的条件——完整的LED照明产业链。有数据表明,美国市场70%以上的LED灯珠为中国所制造。而在与应用紧密结合的驱动芯片领域,我国也有丰富经验的电源管理系统设计工程师以及众多提供低成本的电源类芯片制程foundry(芯片代工厂)。

王钦恒表示,目前,国内AC/DC芯片企业已经在LED照明领域占领了绝对的市场份额,而这一趋势必然在AC驱动芯片市场重演。他介绍道:“酷蓝科技和上海亚明经过3年的研发和市场验证,目前,我们的AC驱动芯片现已大规模批量生产。”在大功率LED照明领域,酷蓝科技AC驱动产品的稳定性和出货量均处于行业前列,如120W工矿灯可以在310V输入电压下可靠工作。其产品也被广泛应用在各个领域:基于ACDrv方案的投光灯被应用在如上海中心外立面照明;基于ACDrv方案的天棚灯则被应用在国展中心等工程照明。王钦恒表示,与AC/DC电源比较,AC驱动不仅带来了BOM成本的降低,同时降低了管理成本和生产成本。以路灯产品为例,可以减少40%的成本,而且使轻量化、免维护、轻薄优雅的灯具设计成为可能。

基于ACDrv的天棚灯酷蓝科技的AC驱动应用在国展中心的高空间照明

集众多优势于一身 AC驱动或成大功率照明新宠

由于结构简洁、容易批量生产以及寿命更长等优点,HV LED和AC LED方案成为了行业的技术热点。据统计,目前LED白光照明灯具出现的失效故障,70%左右是电源问题,20%左右是线路和结构问题,只有不到10%是LED灯珠的本身质量问题。而在工业照明领域,恶劣的工作环境更加剧了驱动电源的故障率。王钦恒表示,传统的开关电源式驱动电源不可避免地需要使用电解电容和变压器进行能量的储存和转换,而电解电容的寿命与其工作温度呈指数相关关系,使器件的短寿命与LED灯珠的长寿命之间有一个巨大的差距,削弱了LED的优势。因此,他认为,无电解电容LED驱动解决方案会成为工业照明领域最终选择。而AC驱动的创新结构免除了变压器和电解电容这些体积庞大的器件,开启了LED灯具的轻薄化设计以及带来了高度的可靠性的,同时也大幅降低了初装成本和维护成本。

如今,AC LED以其小体积以及高度的兼容性在MR16等替换灯市场取得了很好的成绩。“我们认为AC驱动在大功率LED照明应用领域有着更为广阔的市场空间,酷蓝科技在这一领域推出了针对路灯、隧道灯、投光灯、工矿灯等的系列应用。”王钦恒介绍到,“采用酷蓝科技的AC驱动方案,用户的投射灯可以做到1000W。”

在大功率应用领域,LED灯具需要应对更大的电压变化和更恶劣的使用环境,因此,需要做严苛的实验室测试。酷蓝科技联合上游HV LED灯珠厂家和下游具有深厚研发实力的灯具企业,经过三年的测试,推出了AC LED室外系列灯具,市场反应很好。王钦恒透露,基于在大功率应用取得的经验,酷蓝科技转战室内应用,推出的模组产品已经在筒灯产品上使用,并进入到欧美市场。

基于ACDrv方案的隧道灯

 

基于ACDrv的吸顶灯及内部


    有观点认为,AC LED的外围器件仍旧很多,并没有真正节省多少器件。而王钦恒却表达了不同的看法:“外围器件的多少不是AC驱动的设计目标,而是新型结构带来的必然结果。”他表示,传统的AC/DC电源,其基本架构离不开buck、boost、flyback等,要采用电感、变压器、电容器进行能量的储存和交换。而在能量交换过程中,必然伴随能量的损耗,同时储能元件会随着时间的推移而疲劳。为了减小变压器的体积,厂商普遍采用高频开关的方式进行能量传递,但又带来了EMC的困扰,不得不添加EMC滤波电路,进一步降低了效率以及增大了体积。“而AC直接驱动,巧妙了利用了负载LED的特性,采用分段扫描式的方式,直接管理能量的传递,理论上转换效率可以做得更高。”

实际上,由于AC驱动将控制逻辑集成于芯片之中,以100W电源系统为例,BOM表的器件数量从传统AC/DC电源150个元件下降到40个,系统的寿命与组成系统的每个部件的故障率的乘积正相关,即寿命与元器件的个数呈负指数相关,交流直接驱动方案在寿命上有着数量级的提升。采用交流直接驱动方案,所有器件均采用贴片形式,一次贴片加工就可完成光源与驱动板的生产,大大提升了生产效率,以及提高了可靠性。驱动电路部分和LED光源放置在同一铝基板上,外接交流220V即可工作,摈弃了常规大重量的驱动电源,大幅降低了整灯的重量,简化了结构的设计。

120W LED模组

在AC驱动方式下,LED分段式工作,流经每段LED的电流由于占空比的不同,其平均值也不相同。如果不进行特别的设计,LED灯具会发生色温的偏移,其根本原因是由于流经每个LED的电流有差异而引起的。据王钦恒的介绍,酷蓝科技的AC驱动方案采取了四段工作方式。“四段串并组合芯片自适应控制,每个台阶的电流可以通过外部电阻分别进行设置。同时,我们提供免费的设计工具表格,在设计之初就可以观测到输入端的电流电压波形,通过计算精确的各个分段LED串并组合和电流设定,可以观察流经每个LED的电流峰值及平均值。采用ACDrv方案的可调光调色模组,可以做到色差偏移在3SDCM内”。

HV LED兴起有助AC驱动发展

随着AC驱动的发展以及市场认可度的提高,HV LED的市场份额将不断提高。HV LED究竟能否取代DC LED成为市场的主流,将由市场决定。HV LED即正向电压大于3.2V的LED,其基本结构分为两类。一类是在一个封装框架内,用金线连接多个LED芯片;另一类是在LED芯片生产过程中,通过半导体工艺如蒸镀、离子注入的方法形成金属连接。两种方法与独立的低压LED比较,可以节省重复的支架和荧光粉、降低成本,同时消除了荧光粉的工艺差异。而与单颗低压LED比较,则具有更小的色差偏移。目前市场上出现的6V 9V等HV LED已成为各封装厂的主打产品,价格与两颗或三颗低压LED比较,具有明显的优势。

AC驱动原理上要求LED负载串联起来的电压足够高,接近并低于输入电压的峰值。如果使用常规低压LED,以220V输入电压为例,需要至少80多颗LED串联,从而增加了体积和加大了生产的复杂性。使用HV LED可以简化,如采用66V HV LED,四颗LED就已足够。王钦恒表示:“在我们三年前开始AC驱动方案推广的时候,市场上的HV LED寥寥可数,而如今包括前五大LED灯珠厂家,都推出了HV LED系列的产品。电压范围从6V—66V,功率从0.5W—3W不等。”如今,HV LED已不再是制约AC驱动发展的因素。

深耕AC驱动领域 练好“嫁衣神功”

随着技术的以及市场渗透率的不断提高,2015年或将是LED照明行业大浪淘沙的开始。王钦恒认为,大浪淘沙将有利于整合LED行业的发展。“资源整合从整个产业链来看可以减少重复性投资,更有效地规划产能。另外,这里有一个企业边界的问题,最有效的企业边界是能够最小化交易成本的范围,LED照明厂家需要抵制诱惑,把投资和精力专注在自己最擅长领域”。

他表示,酷蓝科技是一家技术型公司,目标是以创新性的技术为客户带来价值。“简单来说,我们的战略是纵向整合,标准品系列化,并提供定制产品的量产化方案。纵向上我们联合晶元与葳天HV LED厂家定制最佳性价比的灯珠;散热结构上和超频三公司联合,我们的模组可以直接安装在超频三的系列散热器上,使LED灯具结构变得十分简单,即灯具=散热外壳+模组。对于已经形成行业标准尺寸的产品,如筒灯和投光灯产品,我们推出标准品的系列方案,把诸如LED选择复杂性、电源的各种参数、各种认证统一在一起,同时集中采购和规模化生产,可以更有效控制产品质量与成本。在定制化的产品方面,我们不对客户设置障碍,客户可以依据自身情况,选择从酷蓝科技购买驱动芯片、套件、或者模组。我们设在上海的技术支持中心可以快速的为客户根据不同要求,设计和测试新品,10天内我们就可以交付客户定制的样板模组。”

AC驱动芯片需要积累芯片设计与应用系统两方面的经验,良好的芯片设计需要不断地从应用系统中反馈,从而加以改善。王钦恒表示,酷蓝科技的AC驱动具有更均衡的热量管理、更高的抗浪涌能力、恒功率补偿以及调光众多的优势。其产品主要应用领域覆盖路灯、隧道灯、投光灯、工矿灯等室外应用,以及在射灯、筒灯、吸顶灯等室内应用都有成熟的量产方案,可以帮助客户尽快推出新品。

最后,王钦恒谈到:“酷蓝科技以AC驱动芯片和驱动光源一体化模组为核心,深耕AC驱动领域,练好为客户服务的‘嫁衣神功’,争取为蓬勃发展的LED照明贡献力量。”

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