LED照明走替换式设计是死路一条吗?AET-电子技术应用

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LED照明 寿命 LED灯具 　　
在人类历史长河中，从没有哪个照明设备像LED这样还没有成熟就被寄予厚望，但是缓慢的发展，也使的LED产品过于概念化，缺乏客户基础。即便现在政府正在以LED路灯为突破口试图扶持LED的成长，可LED无论是民用还是商用的客户群依旧没有形成。在这个时候有一个危险的信号：LED厂商已经把压缩成本作为第一要务！很多公司将LED的电流做大以在维持亮度不变的情况下减少灯芯数量以节约成本，或者压缩PCB面积，抑或是减少安规器件等方法，当然大家要相信中国的公司在压缩成本方面的先天优势。暂且不说这样做对于产品安全问题的影响，就产业群而言，LED在还没有市场的情况下就进入了价格洗牌的局面，这对整个产业来说是不利的，资金大头的进入会加剧中小企业的衰亡。 　　
这是一个危险的局面，一方面LED的技术发展将会停滞甚至于退化，另一方面成本的压缩，或者说过多的关注成本无法保证最终产品特质，将很大的程度上不能展示LED的优势。因此我斗胆，认为此时的LED产业发展方向错了。 　　
现在的LED产业为了打开民用市场，多是将LED灯具设计成可替换方式，即直接替换现有的灯具。但是在灯具发展的过程中，除了紧凑型灯管直接替换白炽灯以外，鲜有直接替换的模式，像T8、吸顶灯几乎是荧光灯的专利，而吊灯依旧是钨丝灯的天下，LED为什么一定要走替换的道路？ 　　
现有的替换灯具这种设计方式有什么缺点？ 　　
1.散热 　　
LED的耐热很差是人所共知的，必然会带来灯芯寿命的问题。现有的LED灯的设计往往散热难以达到要求，在一个散热要求非常苛刻的领域，却使用十分低劣的被动散热方式，而且多是风冷，甚至是封闭式的风冷。像一些灯具在驱动板和铝散热片之间要加塑料套管以增加绝缘的可靠性，还需要灌散热硅胶以提高散热能力。而T8的灯管灯管还是封闭的，灯芯只能依靠空气对流传热到灯管背面的铝管上进行散热。一般这类灯的内部温度都会有七八十度。并且要是兼顾散热，重量又是问题；兼顾重量，散热难以保证，这在现有设计中是两难的选择，尚没有可行的标准。 2.寿命 　　
LED灯芯寿命随温度的升高而呈指数降低；电解电容温度每升高十度寿命降低一半；MOS温度升高，内阻增加，损耗增加，温度又会升高(恒流模式)，最终烧毁。当然，国内的厂商没有给出具体LED灯具的寿命，宣传的时候只是提到LED灯芯寿命十万小时，但是LED的寿命瓶颈在系统驱动板，往往LED灯芯没有损坏，系统驱动已经挂掉了。 　　
另外LED的光衰是非常严重的，所以灯具的寿命应该也要考虑视觉感受，就是经过多长时间灯具的亮度降低到视觉上觉得暗的程度，可以认为寿命到了，客户就会考虑更换灯具，这个寿命是厂商都没有给出来(或者没有办法给出)，但这非常重要。 　　
再而言之，现有的LED家用照明多数受体积限制，防护方面很难做的很好，在电压波动较大，干扰严重的区域，现有的低功率的设计是一个考验。 　　
而最重要的是，LED的寿命和公司的寿命是否成正比，假若宣传10年的LED灯具2年就坏了，而半年前这家公司已经关门大吉，用户是否会去冒这个风险？ 　　
3.重量 　　
螺旋类接口的灯具中，荧光灯的重量只有LED灯具的数分之一，由于没有了散热片的问题，荧光灯的重量对灯座来说可以忽略不计，但是LED的重量对灯座是一个很严重的考验，尤其是7.8W的螺旋接口LED灯，其重量是很危险的，这一点又有哪个商家考虑了？ 　　
4.价格 　　
一般的LED驱动板在70度的温度下可能寿命仅5年(家用)，远没有达到LED灯芯10年的“概念”。所以相对比同等亮度的荧光灯来说，即便荧光灯只有1年的寿命，1W1元的荧光灯要远远比1W10元的LED划算得多。尤其是LED灯具损坏往往灯芯没坏，却要整个灯更换。算一算因为十分之一的驱动板却要丢弃剩下十分之九的灯(灯芯和散热片占了整个灯具绝大部分的成本)，如果每一个厂商都没有做好回收再利用的话，客户是不会喜欢这样的产品的。 　　
5.效率 　　
也许有人会很奇怪，LED是节能产品，为什么要考虑效率的问题？我在这里提到两点，一个是PF值，一个是系统效率。由于现有的LED设计多数都是低功率的，受成本的压力均采用被动PFC(填谷式)，PF可能最高90，远远小于主动PFC动辄99的效率，对国家而言用LED取代发光效率非常接近的荧光灯是个压力。 　　
由于LED的灯具现有的设计(除了路灯之外)多数都是小功率的，像是4.8W，7.2W等，器件的损耗占了很大的比例，隔离方式的必然很低，为了提高效率而采用非隔离方式不但要在安全上做很好的设计，而且效率也仅仅在80左右，很不理想。并且，现有的LED生产厂商到底LED的光照度做到了多少，都没有提供准确的数值，往往发光亮度远远小于标称值。 　　6.光感 　　光感，就是人眼对LED发光的视感——视觉感受。因为LED灯作为一个照明的产品，其视感是非常重要的。LED一个优势是光谱纯净，但是这在视觉上面却是一个非常严重的劣势。人的眼睛是不能长时间观测一个单色谱的光源，尤其是发育期的婴幼儿、儿童等，市场上推出的纯冷白光的儿童护眼灯是不合适的，即便是不闪的，在这方面暖色调的全光谱的白炽灯才是相对最合适的(以太阳光为参考，不可否认，太阳光才是生命最需要的)(如果大家有了解LED植物生长灯的，就应该考虑一下既然植物生长都需要调制的光源，人眼更需要)。当然，LED可以调制，但是比较麻烦，比较专业，需要理论和大量的调研数据支持，是很多均光材料厂商或者LED光源厂商抑或是方案供应商难以实现的。 　　
LED是点光源，所以一般LED的灯具颗粒感都比较明显，并且其发光位置比较集中，目视灯具的时候会有刺痛感，这种感觉在其他光源中一般只有大功率的才会出现。所以LED需要在均光上面做更好的设计，以实现在保证亮度的情况下，将点光源尽量扩展成面光源，提高眼睛的舒适度。 　　
再有就是很多产品都会做LED调光设计，以节约能源，且不说低功率的时候效率的问题，由于线圈中的电流的存在，会导致调光设计中灰阶变化不连续，也就是说按比例调节的过程中，LED的亮度会慢慢变亮再突然变亮，视感很不舒服，调光技术还是需要开发。 　　
从这几方面说，LED灯具的设计还需要进一步的开发。 　　
LED有什么优势？除了光效率高，节能，无污染之外还有一个非常特别而常常被忽略的优势——低电压驱动。之所以提到这一点，是LED可以作为低电压的安全照明来使用，将电源和灯芯，高压的部分就不会和用户直接接触，而避免一些安全问题的出现，例如现有的灯具在破损的时候更换而出现的安全问题。但是现有的很多LED设计采用非隔离模式以提高效率，使得灯头依旧是高压，十分的不安全。 　　
相比较现有的LED家用照明电源和灯芯放在一起的设计，更倾向于路灯上开关电源+恒流模块+灯芯的分离式设计。使用开关电源可以保证PF和效率，而且在防护方面可以轻易做得非常好。
若是所有的4.8W的光源全部采用一个开关电源供电，首先正常运作的时候PF、效率都可以保证的，即便是加上线上的损耗(使用23号线过1A电流，大约损耗0.7W/10m)这远远低于4.8W的现有设计的损耗(0.3A14V，效率约80，损耗近1.5W)。简单地说，将家里面能用到的所有LED小功率的灯具全部使用一个开关电源，用铜线将低压直流电送到灯芯上面，即便考虑走线的长度带来的损耗，也远比现有的方案经济。 　　
散热上面如果可以采用CPU上面使用的主动散热设计，效果绝对是满足要求的，要知道CPU对温度比LED灯芯更敏感。单独为LED开发散热片模具的费用就是问题，还不保证公司是否具备散热设计的专业资格，而使用CPU的散热器则相对好得多，当然样式上不是那么的正式。在淘宝上面有一家DIY模式的店铺，50WLED的用了CPU的风扇。 　　
这样来说，效率和散热的问题都可以得到很好的解决，不但解决了寿命的影响，更换起来也十分方便，LED灯芯亦是工作在安全电压之下，即便直接触摸也不会产生危险，也许是一个可行的选择？ 　　
LED是一个不闪的光源，为了节能非得要闪，虽然对眼睛好不好没有定论，但是毕竟是丢西瓜捡芝麻。可以采用8421这样的比例直接用开关控制多少个灯亮，倒是个调光的好选择。 　　
不过，现在的LED市场，单纯依靠替换、模仿是走不出去的。电源的设计可以学习，可以采用某某方案，但是替换式的灯具永远不可能占据主流市场(除非有一个非常的优势，无论是光效还是价格，这点LED都不具备)。LED在替换式的设计中已经走向了牛角尖，在还没有打开市场的情况下，厂商又把原因归结到价格因素，拼命地压缩成本，实际上是错误的，荧光灯一个20元(紧凑型，使用MOSFET驱动，T8灯管约4元)，而相同亮度的白炽灯只要8角，这么大的价格差距荧光灯却依旧占据了主流市场，是因为荧光灯走出了与白炽灯不一样的，更方便的、独有的结构，如果当初荧光灯只想到完全替换白炽灯，没有U灯管，T8等灯管的样式，相信荧光灯依旧会是惨淡经营。所以LED并不依赖于成本而生存，而需要一个公司能够有新的LED凸显优势的产品，该公司必须懂得LED的特性和客户的需求，这样的公司很少。在现有的盲目竞争的状态下，众多企业蜂拥而上，全部都是相同的架构，相同的外观，LED灯具到底该如何设计，却少有人真正去考虑这一点。 　　
所以，在这种市场状态下，开发出透光度更高，均光效果更好的材料也许是众多公司的一个不错的选择方向。