內容：LED通用照明剛剛起步，市場需求主流仍是CFL燈
LED通用照明剛剛起步，市場需求主流仍是CFL燈
發布時間：2017-07-07 14:35 點擊率：
目前白熾燈的淘汰已經不再是將來時，而是進行時，今年白熾燈禁用法律已經在阿根廷、澳大利亞、新西蘭、法國、意大利和菲律賓生效，明年將在英國、芬蘭和荷蘭生效，后年將在日本和加拿大生效，2014年將在美國生效，全球最晚的中國也將在2017年生效，這也是為什么CFL節能燈市場需求快速上升的一個主要原因，因為CFL節能燈是目前白熾燈的一個最佳替代選擇，不僅價格最接近白熾燈，而且壽命和節能效果遠超白熾燈，一只13W的CFL節能燈光效就相當于一只60W的白熾燈，功耗降低了五分之四，壽命提高了8-15倍。
目前全球燈具市場需求總量大約是100億只，其中近三分之一(30億只)是CFL節能燈。NXP半導體照明產品市場資深經理陳嶸說：“未來3年，CFL節能燈市場將快速發展，之后發展速度就會平坦下來，5年后市場需求將逐漸減少。LED燈具目前還存在成本障礙，但LED光源的成本在快速下降，目前市場正在試用階段，預計LED燈具將會在未來5-10年內占據通用照明市場的主流地位。”
市場研究公司Datapoint Research今年6月發布的一份報告要顯示，從2007年到2013年，白熾燈市場正在呈快速下降態勢，CFL節能燈市場正在強勁上升，LED照明處于方興未艾狀態。
目前CFL燈具驅動解決方案絕大部分是NXP提供的。“NXP每年的全球CFL驅動器銷售量超過6千萬，其中1千萬片是在中國市場銷售的，目前超過20家全球客戶在使用NXP的CFL驅動解決方案。”陳嶸表示，“之所以能取得這樣的市場領導地位，是因為NXP具有獨特的高壓工藝，它使得我們能把控制、MOSFET和MOSFET驅動電路一起集成在一個Die上，其它供應商通常需用兩個Die，再封裝在一個芯片上，因此我們的成本可做得更低，而這對于成本敏感型的CFL燈具市場來說是至關重要的。”
目前CFL節能燈市場存在的主要問題是：CFL燈具的品質參差不齊、CFL燈泡需要經過較長時間的預熱才能達到最高亮度、與現有TRIAC調光器不兼容。
現在很多消費者抱怨，買回家的CFL燈具沒用多久就變黑或不亮了。這一品質問題的根本來源于歐盟目前的CFL燈具標準：即CFL燈具的合格率標準為50%，因為歐盟是中國CFL燈具制造商的主要目標市場，他們的產品合格率基本上取決于歐盟市場的要求。合格的CFL燈具使用壽命是6000小時（差不多6年），但由于合格率只有50%，因此差不多有一半的用戶買回家的CFL燈具是不合格，其使用壽命可能只有幾百個小時。
這一問題可能要到2013年才會改善，因為歐盟新的CFL燈具標準要到2013年才會實施。新標準將合格率提高到70%，這意味著2013年后的CFL燈具消費者買到不合格產品的概率會低很多。
新標準還將CFL燈具的開關次數大幅提高了3倍，從2009年的1萬次到2013年的3萬次。一旦CFL燈具的開關次數達到規定的數字，其燈絲就會變黑，這燈具就不能用了。提高燈絲開關次數壽命的方法是每次打開開關前先預熱燈絲，但這方法只有采用基于IC的驅動方案才能實現，現有的基于分立元件的驅動方案是做不到這點的。
在今年的香港國際照明展上，NXP展出了基于其最新UBA2211驅動器的13W內嵌式CFL驅動解決方案，它的效率可做到90-92%。與目前市場上主流的分立式解決方案相比，基于IC的CFL驅動方案可將周邊元器件數量降低到十幾個，不僅PCB板可做得很小及很簡潔，成本也只會增加幾元錢，而且還會帶來很多的性能提升。
例如，陳嶸表示，NXP基于UBA2211的CFL驅動電源方案可以解決以下幾個問題：CFL燈具壽命可延長50-150%、開關次數可提高3倍到30倍、產品一致性可大幅提高、光電轉換效率可提高2-5%、減小燈具尺寸、支持高效深度調光、縮短燈具啟動時間、降低產品開發和人工成本、以及恒定輸出功率（降低輸入電壓依賴性）。
與LED驅動電源方案不同的是，CFL驅動電源方案不需要采用專門的EMI消除元件，它可以用2個小陶瓷電容來實現這一功能。另外，電源輸入回路所需的鋁電解電容（主要用于消除紋波電流）也不會影響CFL驅動電源的壽命，因為CFL是輻射光源，鋁電解電容的工作環境溫度不會像LED驅動電源那樣高達1百多度，因此它的工作壽命也就不會受到多大影響，一般多能達到6千小時以上的工作壽命。
陳嶸指出：“目前市場上只有約2%的高品質CFL燈具在采用基于IC的驅動解決方案，我們希望未來有更多的CFL燈具制造商采用內嵌式IC驅動方案。”
不過，對很多CFL燈具或驅動電源開發商來說，采用IC驅動方案也有一些實際的難處。例如，深圳恒耀光電科技有限公司技術部部長何其輝說：“我們現在生產的CFL驅動電源既有分立式的，也有IC式的。基于IC的方案的確有很多性能上的優勢，是未來的發展主流，但目前對我們來說還有一些工藝實現上的問題，如目前所有的CFL驅動電源PCB板皆采用波峰焊（因成本考慮），這些加工廠是沒有貼片機的，因此需要工人用手工方式將IC貼裝到PCB板上，而這會因ESD等問題帶來最終驅動電源產品的可靠性問題。”
目前市場上的大部分CFL驅動器不能支持很寬的調光深度，因此無法支持市場上所有的TRIAC調光器。陳嶸透露：“我們現已開發出支持所有市面上TRIAC調光器的CFL驅動芯片，它的調光深度高達1%，不過，這芯片的正式發布要到明年。”
LED照明：戰略投資方向
LED固態照明目前被廣泛認為是中長期高效能照明的首選方案，其效能可望達到白熾燈的10倍。目前LED的使用主要在于建筑照明、裝飾照明和效果照明，以及交通信號和路燈照明等特殊應用。
為了使LED照明躍升為室內照明的主流技術，目前業界正在亮度、效率、光衰和成本等方面做進一步的努力，預計在不久的將來就能取得顯著進展。
為了延續自己在CFL照明市場上的領先地位，NXP這幾年也在為這5年后將蓬勃發展的新興市場做必要的戰略投資。目前已開發出針對10W以下LED燈具驅動的SSL2101驅動芯片和針對10W-25W范圍的LED驅動芯片SSL2102，SSL2102支持TRIAC調光。
陳嶸表示，“NXP的LED驅動解決方案SSL2101/2102自2009年5月發布以來，銷售量已經超過1千萬片，很受市場歡迎，它們也是目前市場上唯一達到LED壽命標準的LED驅動芯片（壽命超過7萬5千小時），并在今年5月拉斯維加斯國際照明展上獲得技術創新大獎。”
他說，明年我們還將推出支持外置MOSFET的LED驅動芯片SSL2103，它可以驅動更大功率，如25W-100W。
目前影響LED通用照明市場的2大主要問題是：LED燈具太貴、LED驅動電源壽命偏低。一個13W的LED燈泡需要250元人民幣左右，而一個一流品牌的13W CFL節能燈只需20元左右，二流品牌的13W CFL燈可能只需要15元人民幣。
LED燈具太貴的原因有二：一是高亮度LED光源的成本太高，二是LED散熱金屬殼的成本居高不下。
好消息是高亮度LED光源的成本每年都在快速下降。陳嶸表示：“目前LED光源的成本正以40%的速度快速下降。”Cree中國區副總裁兼總經理施毓燦也說：“高亮度LED的成本目前正以25%左右的速度往下掉。”
3W以上LED燈泡需要采用金屬散熱外殼來散熱，功率越大，需要的金屬外殼越多，成本也就越高。因此，陳嶸指出：“解決LED照明散熱瓶頸的未來最終方案只能是提高光效，以降低LED功率。另外一個解決方法是從點光源走向面光源，這樣每個點上的LED功率不需很大，從而可以有效消除散熱問題。從這個意義上講，LED燈泡可能只是一個過渡性產品。”
LED驅動電源壽命偏低的一個重要原因是驅動電源所需的鋁電解電容的壽命不足，主要原因是長時間工作時LED燈具內部的環境溫度很高，導致鋁電解電容的電解液很快被耗干，壽命大為縮短，一般只能工作5千小時左右。而LED光源的壽命是5萬小時，因此鋁電解電容的工作壽命就成為了LED驅動電源壽命的短肋。
現在有些供應商為了解決這個問題，發明了無鋁電解電容的LED驅動電源方案。但并不是所有的LED驅動電源供應商都贊成這種做法。陳嶸指出：“目前量產的LED照明驅動電源中沒有一款是采用了無電解電容的驅動方案，因為沒有它的話，很多試驗標準通不過，如EMI測試和無閃爍測試。”
而采用鋁電解電容的LED驅動電源方案很容易通常以上測試，如果換成薄膜電容和陶瓷電容或鉭電容，情況如何呢？薄膜電容要達到相同的電容量(一般為100-220uF)，體積就會很大，而且成本也太高，陶瓷電容一般容量太小，如用多個陶瓷電容實現這么大的容量，占板面積和成本都太大，鉭電容要具有這么大容量，一是太貴，而是耐壓太低達不到要求，因此換成其它任何種類的電容，基本上不是體積太大，就是太貴，如為了這些缺點換成容量較小的電容，消除紋波的效果就沒有那么好，很多出口產品所需的嚴格認證測試指標就無法通過，因此目前高質量的LED驅動電源還是普遍采用鋁電解電容。
深圳恒耀光電科技有限公司技術部部長何其輝說：“很多供應商宣稱的無電解電容LED驅動電源方案，很可能只是去掉了AC輸入端的鋁電解電容，恒流輸出端的鋁電解電容應該是很難去掉或替代的。”
在這次的香港國際照明展上，NXP還展示了一款可TRIAC調光的內嵌了驅動電源的13W LED燈泡，這款基于SSL2102的驅動電源方案采用了鋁電解電容。當筆者問及該燈泡的工作壽命時，陳嶸說：“鋁電解電容的工作壽命問題肯定會影響到整個LED燈泡的壽命，但可以采取一些物理方法來緩解這個問題，如將鋁電解電容在PCB上位置靠近燈尾，一般來說，最靠近LED光源部分的溫度最高，可達到100-200℃，散熱金屬外殼部分其次，一般為100℃左右，燈尾部分最低，一般為70℃左右，因此只要注意把鋁電解電容的位置靠近燈尾，其壽命就不會衰減得太厲害。我們的實驗表明，它的壽命還可達到1萬小時左右，相當于10年使用時間，這對于一般家庭用戶來說，十年換一次LED燈泡基本上是可以接受的。”
從LED驅動電源的架構上來說，陳嶸表示，日本和美國將以非隔離式方案為主流，因為他們的電網輸入電壓只有110V。而中國和歐洲將以隔離式方案為主流，因為它們的電網輸入電壓高達220V，隔離方案的安全性有保障，盡管成本可能會偏高一些。
