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茅于海:DOB及其一些认识上的误区

导读: DOB也就是把LED的恒流驱动源Driver放到铝基板上,这种技术早在5年前就已经有了,当然那时候不叫DOB而叫光引擎。

近来DOB(也就是Driver-On-Board)一个新名词叫得很响,好像是一种新技术、新发明,其实则不然,而且还出现了一些认识上的误区。

顾名思义,DOB也就是把LED的恒流驱动源Driver放到铝基板上,这种技术早在5年前就已经有了,当然那时候不叫DOB而叫光引擎。这两种叫法是很不同的,DOB说的是一种方法或做法,就是把驱动电源放到铝基板上,而光引擎则是一种新产品的称呼,凡是带恒流驱动源的LED铝基板称之为光引擎。

下面我们来看一下有关DOB 的一些认识和理解上的误区:

1.误区一:把DOB称为去电源化,好像有了DOB就不需要电源了。实际上任何LED灯具没有电源是不可能点亮的,所以去电源是绝对不可能的。只是把电源放到铝基板上以后,看上去好像是去掉了带外壳的外置电源,但绝对不是把电源去掉了!而是把电源放到铝基板上去了!

2.误区二:把DOB当作是一种全新的电源,以为没有这种电源就不可能出现光引擎这种产品。实际上所有的LED恒流驱动可以归纳为两种,一种是开关电源,还有一种是线性电源。原理上这两种电源都可以放到铝基板上去,只不过开关电源的元器件的数目很多(超过30个),放上去会占用很大的面积(见下图)。

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用开关电源做成的光引擎

而且那么多体积很大的零件也会挡去LED发出的光线。

不要忘记电源的第二大类就是“线性电源”,线性电源的最大优点是元器件数目少(最少只有5个),所以现在几乎所有的DOB(光引擎)都是都是采用线性恒流源,但是它带来一个最大的缺点就是效率低,在220V只有85%。

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所有线性电源的效率都是随输入电压的升高而降低,在220V时为85%

3.误区三:以为当前市面上有很多不同类型的DOB电源IC。

的确,生产这种线性DOB电源IC的厂家有很多,但是他们的原理都是一样的,都是基于最早由美国硅谷的ExClara公司所生产的分段调光技术的IC。所谓分段调光就是指当整流后的半个正弦波电压升高到某一个值时点亮第一串LED,当电压进一步升高到更高的值时,点亮第二串LED,… 依此类推。其电原理图如下图所示:

image.png

分段调光的电原理图

image.png

分段调光的时间波形图

在电原理图中圆圈里有一个向下箭头的就是一个普通线性恒流源,所以所有分段调光也都是采用了线性恒流源!分几段就用了几个线性恒流源!

实际上当时ExClara公司提出这种分段调光的目的是为了整个系统的电流波形尽可能地接近电压波形。电压波形是半个正弦波,而电流波形则是采用阶梯接近的方法。当二者尽可能相似时,系统的功率因数就可以尽可能高。这也是他们的主要目的。他们当时在提出这种分段调光时并没有具体规定到底分多少段,显然分的段数越多,电流的波形就越接近正弦波,所以等他们发表以后马上就有一家韩国公司提出了一种分很多段的方法。见下图:

image.png

分段驱动的电流波形(不是电压波形)

现在市面上的分段调光有的分3段,有的分四段,甚至分更多段。但这些都不是在原理上有所不同的方案,而只是工作参数上略有区别而已!

4.误区四:以为只要增加分段数就可以提高系统的效率(有人说可以提高到90%)。

增加分段数的唯一优点就是电流波形尽可能地接近半个正弦波,从而可以使功率因数尽可能地接近1。但对于系统的效率没有任何影响,因为它没有改变它采用的是一种最基本的线性电源这个本质。所以效率还是在220V时为85%!

5.误区五:采用“动态配置”来提高光效。有人提出了当电源电压高的时候,各子串由并联改成串联,电源电压低的时候由串联改成并联,从而可以提高光效。这个方法原理上似乎可以,但是在具体实现的时候,马上就有几个问题,就是到底有几个子串,每个子串到底有几个LED,… , 在时间上具体如何串并联,最后到底能够提高多少光效,… ,等等。这些问题不解决等于无法应用。其实这个问题我们埃菲莱公司早就解决了,我们是采用二进制1,2,4,8,16,…的组合来改变。所以所串联的LED数目可以自适应地改变精确到“个”,使得其串联后的总正向电压尽可能地接近整流后的直流电压,从而得到99%的驱动效率。

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埃菲莱恒流源的效率(蓝线为恒流源本身的效率,红线为包括整流器的总效率)

这种方法我们早就在2012年就申请了美国专利和中国专利,现在都已经批准,专利号为USP9398656(美国专利号)和ZL 2013 1 0181802.2(中国专利号)。

6.误区六:采用主动填谷就可以解决100Hz的工频频闪。

我们知道功率因数和频闪是一对不可调和的矛盾,要功率因数高,电流波形就一定要和电压波形相似,这时候就一定会产生闪烁。增加了主动填谷以后,多出了一个和电压波形完全无关的一个脉冲波形(见下图):

image.png

从图中可见原来的半个正弦波的波形仍然存在,可以说原来形成闪烁的波形仍然丝毫没有改变,根本不可能靠一个新增加的脉冲波形就改变了这种闪烁。

更不可能还能“提高10-15%的光效!(引自原作者)”。

要完全去掉闪烁,唯一的方法是采用电解电容来储能,使得整流后的电压完全平滑。也就没有闪烁。

目前分段调光的DOB IC因为还是采用了普通的线性恒流源,所以它的效率还是只有85%。如果把它放到LED的铝基板上那么就会增加铝基板的热量,简单的计算就可以知道会增加30%的热量。以10WLED为例,恒流源效率85%,所以只有8.5W功率提供给LED点亮,LED本身发光效率只有40%,有60%(8.5x0.6=5.1W)都转换为热量。现在还要加上恒流源的1.5W的热量,使得铝基板上的热量增加了1.5/5.1=0.3,也就是增加了30%的热量。近似地说,LED的结温也会增高30%。假如原来的结温是85度,那么增加了恒流源的30%热量以后,结温就会增加到110°C。

7.LED的结温从85°C升高到110°C,也就会使光效降低约10%、寿命从3万小时缩短成9千小时!

8.所以只有采用埃菲莱公司生产的效率高达99%的恒流驱动源IC才能够做成真正高性能的DOB光引擎。

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