退休工程師
上海澳星照明電器有限公司 [ 摘要 ] 由作者研究的市電自適應(yīng)把持原理，所發(fā)明的220V市電LED 照明恒流把持電路專有（專利）技巧。電路極具經(jīng)典，無需外加Vcc 電源，不用變壓器、電感線圈等，直接應(yīng)用220V市電并立即驅(qū)動(dòng)LED ，有手動(dòng)調(diào)光功效外，還能極方便地主動(dòng)調(diào)光。
求新求變?cè)鲞M(jìn)自主研發(fā)
筆者于多年前進(jìn)進(jìn)大范圍利用LED 的產(chǎn)品范疇，見證了LED 照明器件由質(zhì)次價(jià)高到逐漸提高品德，從低發(fā)光強(qiáng)度產(chǎn)品向高亮度、超高亮度發(fā)展。隨著相對(duì)大的功率和高光效的器件呈現(xiàn)，產(chǎn)品價(jià)位也有很大幅度的降落；以至于有可能從顯示及信號(hào)燈的利用范疇向更廣闊的普通照明利用市場(chǎng)拓展，也為從事LED 利用的工作者供給了施展才能的基礎(chǔ)。
當(dāng)年面對(duì)大范圍利用LED 的交通信號(hào)燈產(chǎn)品時(shí)，產(chǎn)生了一種思維觀念：認(rèn)為固然應(yīng)用的LED 還有很多局限性乃至不足之處，但不能就此碌碌無為，而應(yīng)當(dāng)各司其職。作為L(zhǎng)ED 利用產(chǎn)業(yè)不得不考慮的是，在現(xiàn)有器件的程度下如何充分利用好它的潛質(zhì)，也就是說需要深進(jìn)懂得LED 特征、用好LED 。
LED 從本質(zhì)上說是一種電流器件，是通過電流而產(chǎn)生光效；在電特征上又相當(dāng)于一個(gè)穩(wěn)壓管，當(dāng)流過的電流產(chǎn)生變更，引起兩端電壓的變更是很小的。但是假如外加的電壓比LED 的穩(wěn)壓值稍大些時(shí)，則流過的電流就要產(chǎn)生很大的變更，所以LED 必需由電流源供電，而且請(qǐng)求恒流。打算穩(wěn)壓供電再用電阻限流方法，也并非上策；由于LED 在工作時(shí)發(fā)熱、老化等致使壓降變更，最后壓差變更了還是要造成工作電流變異。
在人們質(zhì)疑所用的LED 性能或失效率不如人意時(shí)，對(duì)LED 的先天不足應(yīng)持客觀的態(tài)度，由于任何事物的發(fā)展、提高都需要有個(gè)過程，更何況現(xiàn)在已顯露出LED 有著非凡的前景?？梢韵然c(diǎn)精力仔細(xì)檢查并測(cè)試一下器件的工作狀態(tài)及生產(chǎn)加工過程。
必需明白LED 是種嬌貴的器件，所以利用上總是想從LED 中獲得盡可能多的光通量以下降本錢。工作電流往往就接近上限值，但是因電源浪涌，感生電流等即使短期的意外過載都必定會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。所以必定要保證必要的電流寬裕度或有嚴(yán)格可靠的保護(hù)措施。
而LED 內(nèi)部的銀膏導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和環(huán)氧封裝等，遇熱脹冷縮環(huán)境不可避免地有應(yīng)力侵害，大電流及高溫下也要加劇光衰不能不防。
溫度和散熱條件有時(shí)更可能是致命的殺手，所以生產(chǎn)過程中焊接的溫度和時(shí)間都要把持不得超標(biāo)，隨后的及時(shí)冷卻也致關(guān)重要。由于要便于從引線散熱，熱阻就做得小，熱量同樣輕易從引腳傳進(jìn)，當(dāng)引腳處理得短時(shí)傳熱愈甚；有時(shí)器件失效率的升高往往是焊接過程中疏忽所造成的。
雖有這么多艱苦要解決，但也不必因此消極氣餒，這可是LED 利用工作者施展作用的大好時(shí)代?？梢钥吹绞澜缟夏敲炊喙鹃_發(fā)出形情勢(shì)式的LED 驅(qū)動(dòng)芯片，既體現(xiàn)了業(yè)界精英們的聰慧和積極性，也顯示出蓬勃發(fā)展的商機(jī)產(chǎn)生的增進(jìn)力。本來照明產(chǎn)品就有非常大的比例直接在市電電網(wǎng)上應(yīng)用，所以綠色節(jié)能的市電LED照明將會(huì)有宏大的市場(chǎng)需求潛力。
要推廣LED 在市電照明的利用，必需要找出它的特別性，才有可能達(dá)到事半功倍的后果。與以前成熟利用的直流低壓條件不同，市電電壓相對(duì)照較高，除了人身安全外還有擊穿、打火的可能。因此驅(qū)動(dòng)器就需有所不同；為了下降驅(qū)動(dòng)的功耗提高照明效率，LED 組件應(yīng)當(dāng)安排成合適在高電壓小電流下工作，就是要串聯(lián)應(yīng)用LED 。這和大電網(wǎng)輸電線路要用超高電壓傳送下降損耗有異曲同工的道理。所以串聯(lián)應(yīng)用很多個(gè)低功率LED ，比應(yīng)用少量功率型LED更省電（功率型LED其內(nèi)部實(shí)際相當(dāng)于很多低功率LED 芯片并聯(lián)而成）。而且從產(chǎn)品指標(biāo)上也看得出，三個(gè)1W的LED 加起來要比一個(gè)3W的光效增加不少，當(dāng)多個(gè)器件疏散安排時(shí)更有利于散熱和降溫，同樣會(huì)提高光效，都支撐這種最節(jié)電的設(shè)計(jì)理念。
自主創(chuàng)新源于技巧的經(jīng)歷和累積
發(fā)展市電LED 照明產(chǎn)品，觀念上先要拓寬，僅模仿過往的產(chǎn)品改頭換面不會(huì)有前途，要調(diào)換白熾燈就想將LED 和驅(qū)動(dòng)電路塞進(jìn)燈泡里，要做成日光燈就忘不了那根修長(zhǎng)的管子。
太仿真了就成不了真，拘泥于舊情勢(shì)就創(chuàng)不出新局面。要沿用白熾燈的羅口尺度沒有錯(cuò)，但不妨將燈罩也一起設(shè)計(jì)上往，應(yīng)用 一點(diǎn)工程塑料就可將多個(gè)LED 和驅(qū)動(dòng)電路疏散安排得很好，就可發(fā)明出自然透風(fēng)散熱的環(huán)境。帶個(gè)塑料燈罩的LED 照明燈增加不了多少本錢，卻能為L(zhǎng)ED 安全、穩(wěn)固應(yīng)用和光照散布的滿足度起到?jīng)Q定性的作用。
至于日光燈重要是天花板頂部照明用具，何苦總要做成長(zhǎng)條形，完整可順其自然做成所需要的『面積照明』 。那時(shí)散熱性、照度均勻性等標(biāo)題都會(huì)迎刃而解。
而作為市電還有其交換方面的特別性能，作者三十幾年前由于不滿足鎢絲二極管傳感器加電抗器把持的交換穩(wěn)壓器的性能，研究過一種利用前饋技巧的精密交換穩(wěn)壓器電路，雖沒有機(jī)會(huì)形成產(chǎn)品卻對(duì)市電有過一番揣摩。幾年前又發(fā)散了一下思維，研究出市電自適應(yīng)恒流驅(qū)動(dòng)LED 的原理，發(fā)明了奇特的應(yīng)用市電的LED 照明把持電路專有（專利）技巧。詳情見專題論述。
這里簡(jiǎn)言之，就是利用市電的特征，在直接驅(qū)動(dòng)LED 照明用具時(shí)，使之能適應(yīng)電網(wǎng)電壓的波動(dòng)而始終保持在設(shè)定的恒流狀態(tài)。
最近看到NXP 公司推出了據(jù)稱是世界首款集成可調(diào)光市電LED 驅(qū)動(dòng)器SSL2101 。經(jīng)過比擬之后，發(fā)覺所發(fā)明的市電自適應(yīng)把持電路，比SSL2101 要簡(jiǎn)略得多。簡(jiǎn)略到芯片內(nèi)總共只需集成十多個(gè)低功耗的通用二極管、雙極型晶體管。無需專門的Vcc 電源，不用變壓器、電感線圈等，直接應(yīng)用220V市電并可立即驅(qū)動(dòng)LED ，除了有手動(dòng)調(diào)光功效外，還能極方便地主動(dòng)調(diào)光。
已制成用121 個(gè)LED 的晚上可主動(dòng)下降發(fā)光明度的，符合歐洲節(jié)能尺度的交通信號(hào)燈樣品，還做成可根據(jù)環(huán)境光明度，在白天封閉、夜間主動(dòng)點(diǎn)亮的用16個(gè)LED 組成的照明燈。在市電180V～250V工作范疇內(nèi)，做到約1 ％的恒流穩(wěn)固度，二年后測(cè)試仍保持不變。闡明在市電利用中，市電自適應(yīng)LED 恒流驅(qū)動(dòng)器，無論在LED 應(yīng)用的個(gè)數(shù)上或者對(duì)主動(dòng)調(diào)光的方法上都能游刃有余，在性能、本錢上比SSL2101 有獨(dú)到的處所。
市電自適應(yīng)LED 恒流驅(qū)動(dòng)器芯片引腳見圖1 ，典范利用框圖如圖2、圖3 所示。
圖中的驅(qū)動(dòng)芯片還沒有廠投產(chǎn)故未標(biāo)型號(hào)，作者先用分立器件模塊代替。但是顯而易見，那些通用的小功率晶體二極管、三極管，在IC生產(chǎn)廠都可以很輕易地集成出來。圖2中RV1 用來調(diào)節(jié)恒流值，即燈光明度。RV2用來調(diào)劑照明燈開啟和封閉時(shí)的環(huán)境光明度的閾值。圖3 中的RV1 用來調(diào)劑交通信號(hào)燈的工作電流值，圖中RB為感光后起主動(dòng)調(diào)節(jié)作用的光敏電阻。外圍電路只用不到十個(gè)的低功耗電阻和四個(gè)低壓電容器。圖7 、圖8 、為已制作成的樣品外形圖。圖9為減少引腳后的IC封裝圖，這里僅以低壓抑作工藝的一種芯片型式，就可封裝成12腳的有二種光控功效的IC，和封裝成二種8腳的有某一種調(diào)光功效的IC。
市電LED自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)器理論上的把持功耗非常?。s5％及更少），這種低本錢的市電LED 自適應(yīng)恒流驅(qū)動(dòng)器，在沒有懂得其節(jié)電把持原理前，也許令人不可思議，但確實(shí)是真的?？梢宰髦庇^一點(diǎn)的先容，在實(shí)例中的16個(gè)LED 組成的照明燈，為了加強(qiáng)自然對(duì)流降溫，在所有引腳都焊上約 1平方厘米的銅質(zhì)翼片散熱，當(dāng)35度高溫氣象下工作一段時(shí)間后LED 燈上就感到很熱，而恒流驅(qū)動(dòng)器的MOSFET把持管上不加散熱器也只感到溫?zé)?，在氣溫低的時(shí)候則感受不到熱量。@@@@@@@@@@
LED 是一種工況請(qǐng)求嚴(yán)謹(jǐn)?shù)钠骷?，通常?jīng)不起重復(fù)負(fù)載沖擊折騰?，F(xiàn)在生產(chǎn)LED 的廠家固然很多，高亮度也做得到，但是能生產(chǎn)功率型LED 器件的就未幾，由于對(duì)器件的耐受性請(qǐng)求很高，工藝和材質(zhì)請(qǐng)求更嚴(yán)，生產(chǎn)本錢也高。所以即使具有高耐受性的優(yōu)質(zhì)低功率LED 也比通常的要貴不少。
但有的LED 照明用具，比如交通信號(hào)燈有時(shí)就必需工作在重復(fù)開、關(guān)的狀態(tài)，應(yīng)用帶有變壓器等電感的驅(qū)動(dòng)電路時(shí)，LED 就輕易提前失效。作者做過批量實(shí)驗(yàn)，曾將報(bào)廢的燈具中可利用的LED 器件制成信號(hào)燈樣本。篩選掉早期失效器件后，用原帶變壓器的驅(qū)動(dòng)把持線路在0.5 秒開、0.5 秒關(guān)的狀態(tài)下持續(xù)工作，基礎(chǔ)上天天（8 小時(shí)內(nèi)）總還會(huì)產(chǎn)生LED 失效。而同樣品德的利用器件，未經(jīng)過早期篩選就做信號(hào)燈樣本，用市電自適應(yīng)LED 驅(qū)動(dòng)器供電，進(jìn)行雷同的重復(fù)開、關(guān)實(shí)驗(yàn)，歷時(shí)數(shù)星期都沒有LED 失效。
由此想到，采用市電LED照明自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)器后，可以不必定非要用到優(yōu)質(zhì)的功率型LED ，即使是生產(chǎn)一般性能的高亮度、低功率 LED 廠家也可以在市電照明范疇中占得份額，而且本錢價(jià)格上具有上風(fēng)，經(jīng)濟(jì)效益也好。SSL2101 驅(qū)動(dòng)器被認(rèn)為是高本錢效益比的產(chǎn)品，市電LED 照明自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)器或許有機(jī)會(huì)被稱為具有超高本錢效益比的產(chǎn)品。
開辟產(chǎn)品利用類型后果可觀
市電LED照明自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)器可利用的產(chǎn)品類型，除了已試制的交通信號(hào)燈和主動(dòng)啟閉照明燈外，臺(tái)燈、射燈、日光燈、吸頂燈、樓道燈、庭園燈等等都屬于類似類型，拓展當(dāng)不成標(biāo)題。更吸引人的利用是大尺寸液晶LED白光或RGB背光照明，還有LED在投影機(jī)中開辟利用。電路精簡(jiǎn)、高節(jié)能、低本錢等長(zhǎng)處當(dāng)能與顯示電路整合后，后果就更可觀。
下面就目前最盼看能做到的，高效LED照明燈直接調(diào)換低效率白熾燈的具體各部分構(gòu)成作一些探討和假想：
白熾燈是一種成熟、穩(wěn)固、便宜的大眾化產(chǎn)品，就由于白熾燈既傳統(tǒng)又經(jīng)典，所以要成功調(diào)換并不輕易。好在社會(huì)發(fā)展到對(duì)節(jié)能的嚴(yán)格請(qǐng)求，已進(jìn)進(jìn)倒計(jì)時(shí)階段；增進(jìn)力足以扶助LED的成長(zhǎng)不夠充分這個(gè)弱點(diǎn)。但取得成功的關(guān)鍵還在于LED器件的價(jià)格程度。能進(jìn)一步提高亮度，改良顯色性能當(dāng)然最好。
但用現(xiàn)有條件程度的LED要做成照明燈來調(diào)換白熾燈時(shí)，我們也可對(duì)各組成部分作一番打算。
一、 LED驅(qū)動(dòng)器部分
市電LED照明自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)用具有電路精簡(jiǎn)、可靠，對(duì)LED的適應(yīng)性強(qiáng)，本錢低、調(diào)光功效多等長(zhǎng)處，所以非常適實(shí)用于LED調(diào)換白熾燈時(shí)利用。
二、LED發(fā)光單元部分
國產(chǎn)的低功率高亮度白光LED（20mA）單價(jià)已能降到0.1元的程度，步進(jìn)范圍利用的價(jià)位。但是白光LED要提高『光/價(jià)』比，除了等候芯片的價(jià)格隨著生產(chǎn)發(fā)展而下降外，在LED照明單元的封裝型式上還等待通過突破性變更，來提高光效并下降本錢。
假想的一種結(jié)構(gòu)是：芯片陣列式直接散熱布局的多透鏡一體化面積型照明封裝。
通過將很多LED芯片疏散集成在一片較大的PCB上，并直接傳導(dǎo)散熱，會(huì)大大提高器件的熱性能。還避免了通?？赡墚a(chǎn)生的LED焊接損傷。多透鏡一次性封裝，能保證二次光學(xué)處理的精準(zhǔn)后果，同時(shí)也下降本錢。
三、光學(xué)處理和整體結(jié)構(gòu)部分
LED照明燈的光學(xué)指標(biāo)除了光通量、顯色指數(shù)外，還有對(duì)眩光的請(qǐng)求。前者決定于LED本身的品德特征，而眩光的感觀是因光源中光強(qiáng)散布不均，局部有特別強(qiáng)的光引起刺眼所致。LED是點(diǎn)光源，所以由多顆LED組成的照明燈應(yīng)當(dāng)有二次光學(xué)處理。作者多年前看到過歐洲制作的交通信號(hào)燈的一種結(jié)構(gòu)：由八顆功率LED散布組成的光源經(jīng)過二次光學(xué)處理的一張薄光片后，就使出光面的亮度做到非常均勻，盡無眩目標(biāo)感到。過往我們?cè)谕瓿晒鈱W(xué)設(shè)計(jì)后，有時(shí)還需要多次設(shè)計(jì)、開模具試光修正，很費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢。而現(xiàn)在光學(xué)設(shè)計(jì)技巧已經(jīng)發(fā)展成熟，利用ZEMAX、TRACEPRO等軟件，便于非成像光學(xué)類型的二次光學(xué)設(shè)計(jì)。所以二次光學(xué)處理應(yīng)當(dāng)是LED照明燈的不可或缺的部分，即使要減少5％的光效，增加5％的本錢，換來所需范疇的均勻照度和舒適不眩目標(biāo)光感，也完整值得。
通常的白光LED器件光的色溫多數(shù)偏高，故顯色性指數(shù)就低，既會(huì)使人不易看清物體的本質(zhì)，又要影響眼睛的視覺舒適性。能做一下加法添些紅光最好，但需增加器件、用度也大。在調(diào)換白熾燈的LED照明燈中必要時(shí)也可做點(diǎn)減法，那些使人不舒暢的光線成分實(shí)際成了光污染。用色片濾除不需要的色光成分，就可提高顯色性能。固然在測(cè)試光通量時(shí)會(huì)顯得少一些，但往除這些有礙的光線成分后，不至于就下降實(shí)際視覺光效，對(duì)觀感后果反而有益處。
調(diào)換白熾燈的LED燈有時(shí)為了要做得像白熾燈，就將LED的光安排得向球面各方照射，真難說不是弄巧成拙。記得白熾燈利用的前期，由于尚顯精貴，往往就配以各種燈罩，既避免直射的光線刺眼，又能浮現(xiàn)燈具的多姿多態(tài)。從光學(xué)上看是使光線集中照射，后果更佳。但是當(dāng)各類新奇照明燈紛現(xiàn)，白熾燈成為最普通、最低檔的照明時(shí)，隨便用個(gè)***燈泡照明就習(xí)認(rèn)為常。如要以此為準(zhǔn)，顯然有悖常理。
LED照明燈如以燈罩為結(jié)構(gòu)主體，能使螺旋燈頭、驅(qū)動(dòng)電路、LED照明單元、二次光學(xué)片、反光罩、透風(fēng)散熱通道等有機(jī)地共聚一體，實(shí)用、安全也經(jīng)濟(jì)。
實(shí)現(xiàn)社會(huì)價(jià)值需要政、商、科、技的融洽
有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，自主創(chuàng)新要能完善地實(shí)現(xiàn)，應(yīng)包含三個(gè)『自主』 。除了『自主』創(chuàng)新的科學(xué)思維外還應(yīng)有『自主』的知識(shí)產(chǎn)權(quán)和『自主』的開發(fā)平臺(tái)。
對(duì)照檢查一下市電LED 照明自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)器：
一、既不是用傳統(tǒng)的模仿技巧把持方法，也不用PWM 方法、電荷泵型式，更不是開關(guān)電源的工作模式。而是利用了與現(xiàn)有把持技巧都截然不同的，完整『自主』創(chuàng)新的市電自適應(yīng)恒流技巧。
二、獨(dú)立發(fā)明的市電自適應(yīng)LED 恒流把持技巧，并非由其它專利技巧的派生或發(fā)展而得，當(dāng)然完整可擁有『自主』的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。
三、所創(chuàng)新的IC電路采用業(yè)內(nèi)低壓通用***就可生產(chǎn)，很輕易建立『自主』開發(fā)的平臺(tái)。
筆者認(rèn)為除了三個(gè)『自主』之外，自主創(chuàng)新還需要有機(jī)會(huì)。而只有科技發(fā)展和創(chuàng)新才是增進(jìn)目前世界經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇的重要?jiǎng)恿?，因此是個(gè)長(zhǎng)期的機(jī)會(huì)過程，明年的上海世博會(huì)以及業(yè)界的高層論壇、各類展覽、大賽也都有機(jī)會(huì)的可能。最近國家發(fā)改委頒布打算在三年內(nèi)逐步用高效照明用具完整淘汰白熾燈的決定，購置節(jié)能燈曾有過30～50％的財(cái)政補(bǔ)貼，是個(gè)實(shí)足的機(jī)會(huì)，將成為市電LED照明燈發(fā)展的強(qiáng)勁動(dòng)力。
成績(jī)科學(xué)技巧的社會(huì)價(jià)值是科技工作者的目標(biāo)，當(dāng)然不僅僅是尋求價(jià)值的本身，更重要的是要實(shí)現(xiàn)對(duì)社會(huì)的發(fā)明性貢獻(xiàn)。市電LED自適應(yīng)驅(qū)動(dòng)照明用具產(chǎn)業(yè)，也需要政策的關(guān)注和工貿(mào)易界的發(fā)展決斷及風(fēng)險(xiǎn)投資的助推。社會(huì)發(fā)展需要和諧，產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng)離不開各界的融合、融通及融洽。
附錄 SSL2101 參考材料
作者簡(jiǎn)介
章耀坤 66屆電子儀表專業(yè)，從事過電子元件產(chǎn)品性能實(shí)驗(yàn)，儀器儀表設(shè)計(jì)、制作、修理、計(jì)量等項(xiàng)工作，后任上海廣電凱歌洗衣機(jī)廠主工藝師，主設(shè)計(jì)師，上海廣電長(zhǎng)岱飲用水有限公司主設(shè)計(jì)師、副總工程師，現(xiàn)上海澳星照明電器有限公司退休工程師。
有一項(xiàng)非職務(wù)專利于首屆全國星火杯發(fā)明比賽中獲獎(jiǎng)；在上海市的一次專利技巧利用成果統(tǒng)計(jì)時(shí)，作者所發(fā)明的一項(xiàng)職務(wù)專利實(shí)行一年半內(nèi)就支撐了企業(yè)獨(dú)占市場(chǎng)的產(chǎn)品產(chǎn)值逾1400萬元。
電子郵件接洽方法：ykz2010@yeah.net
