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拆解探秘:如何降低LED灯的体积和成本

LED灯泡的价格正在下降。一年前,你可能要花50美元购买相当于60W的飞利浦可调光式LED灯,而现在去百思买购买一个8W、800流明,相当于60W的自有品牌Insignia灯,只要17美元。LED灯泡设计究竟有哪些变化推动了价格的下降?拆解让我们能够一窥LED照明的设计趋势,例如LED在灯泡内如何放置的,以及采用了什么驱动器架构。Insignia球形灯的外观和节能灯类似,增加了三个金属散热片,并且用塑料灯球替代了玻璃灯球(图1)。

  灯泡的调光功能对美国市场来说是个相当重要的功能。我用过Lutron Maestro调光开关,配备了可编程的调光控制,并且和节能灯做了逐项的对比。Insignia调光一致且平滑,调光也类似于节能灯。

   下一步就是观察灯球内部结构,看看LED是如何安装在里面的。图2中,塑料灯球罩已经用Dremmel工具拆下,可以看到里面6颗Cree的白色 LED,照亮灯泡的光混合腔,确保照明的均匀度,防止光像素化。LED安装在金属片上,金属片一面支撑了LED,一面支撑着散热片。

  光混合腔的底部是纸片般薄的铝反光片,能够将光向上并向灯泡外反射。

  这款灯泡的所有电子部件都在灯底座的镜面下,是独立且包裹着的部件。

  去掉封胶,就能看到电子部件安装在两个独立的pc板上,紧贴彼此。图3是两款独立的pc板,挨着灯泡及底座。

  为方便对比,图4所示是一年前拆解的LED灯的驱动电路。不仅包装与现在的不同,可以看到其

电子部件也更多。例如旧的设计使用了3个电解电容和一个很大的变压器。

  图5所示,2个不同代的驱动器并列摆放:Insignia的驱动器是2个相对较小的板子。这引出了一个

问题:灯泡用了什么样的LED驱动IC?为什么能采用这么小的驱动器?

  图6则回答了这个问题:极小的IC上的“SUL B”说明这款产品是德州仪器的LM3445.没有变压器,说明LED驱动器设计是非隔离式的。

   非隔离灯泡已有先例:白炽灯泡的设计本身就是非隔离。如果你打破了插在底座上的白炽灯泡玻璃,就能直接接触交流电线路。显然,非隔离设计能够完全兼容 UL规格。(虽然非隔离AC-DC LED驱动器的设计可以既安全又符合UL规格,但请记住,在实验室开发和测试一个非隔离的离线LED驱动器需要注意安全程序。)

  要想弄清楚LED驱动电路设计的具体情况,我们可以查看德州仪器的应用笔记AN 2061 LM3445 A19 Edison Retrofit Evaluation Board(PEF)里的降压直流转换器,原理图见图7。

   为了将所有LED驱动电路塞进底座,Insignia的设计师放弃单片矩形板,将其分厂两片圆形的PC板(见图 3)以适应灯泡底部空间,并且与LED物理分离。唯一深入灯泡的线缆是低功耗直流线缆,电压在8–9V左右。更多关于调光控制性能的细节和照片可以在这里 看到。

  总结

  将Cree LED放在三片灯泡表面的散热片上。这样就能快速散去热量,保证热量不会影响电源电子器件。

  强制LED灯泡兼容与白炽灯相同的外壳,便能迫使电源控制电子器件不超出小巧的底座。

  采用非隔离式降压型拓扑结构降低部件数量。更少的部件意味着更低成本、更小尺寸以及更高的可靠性。

  Insignia是目前市面上性价比最好的LED灯泡之一。


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