LED球泡燈市場分析與各類球泡燈電源方案對比

進入2023年后來，：ed逐漸向室內(nèi)照明進軍，這也意味著開始向民用家庭進

軍。首先這是一種大喜事，由于民用日勺市場是非常之大；另首先也是一種極為嚴(yán)

重的挑戰(zhàn)，由于民用市場規(guī)定成本尤其低，可靠性尤其高。目前離開完全滿足民

用市場日勺規(guī)定還很遠，可以說尚有很長的I路要走。

最一般口勺民用燈就是白熾燈，也就是我們一般用的燈泡。因此假如LED要取

代白熾燈泡，就要開發(fā)出一種無論在燈頭形狀還是外型上都和白熾燈泡類似的燈

泡，這就是我們一般稱為LED球泡燈?？梢韵胂?，球泡燈的市場是十分巨大的。

一.對LED球泡燈的規(guī)定

由于要替代白熾燈，因此至少要有如下幾方面的規(guī)定：

1.亮度要相稱白熾燈一般只講瓦數(shù)而不講流明數(shù)。LED雖然也可以只講瓦

數(shù)，不過由于LED日勺光效還在不停發(fā)展，只說瓦數(shù)并不能代表其流明數(shù)。白熾燈

最常用日勺瓦數(shù)有15瓦、30瓦、45瓦、60瓦、75瓦和100瓦等。假如要講流明

數(shù)，那么可以用白熾燈日勺發(fā)光效率來計算。白熾燈的發(fā)光效率在7.5T21m/W。

瓦數(shù)越大效率越高。因此上面列出幾種瓦數(shù)日勺白熾燈的相對流明數(shù)可以列表如下:

白熾燈瓦數(shù)W1530456075100

發(fā)光效率Im/W7.588.59.510.512

流明數(shù)Im112.5240382.5570787.51200

LED1瓦數(shù)W1.563.35.37.910.916.6

LED2瓦數(shù)W1.22.64.16.18.412.8

假如采用LED來取代，也可以得出對應(yīng)日勺瓦數(shù)。不過由于LED日勺發(fā)光效率在

不停攀升，因此很難給出精確的數(shù)字。假定采用才前一般日勺LED1,其光效為

lOOlm/W,假如采用最高光效歐ILED2,其光效為：301m/W（暖白日勺光效會低于此

值）。就可以得出對這兩種光效LED對應(yīng)的瓦數(shù)來。不過由于LED需要恒流源,

而恒流源有一定日勺效率，假定為85%,此外由于LED不也許采用透明泡殼，而只

能采用乳白泡殼。其透光率大概為85%。兩者相乘等于0.72。?？紤]以上原因后

來就可以得出和白熾燈相稱日勺瓦數(shù)來。由表中可見，LED2在同樣亮度時大概可

以節(jié)省10倍的功率。有一點需要尤其闡明日勺。就是從目前LED球泡燈日勺光效和

散熱來說，它還不也許做到10瓦以上，也就是說目前還只有可以取代60-75W

白熾燈的ILED球泡燈。當(dāng)然PAR燈就另當(dāng)別論了（背面將討論）。

2.外形要類似一般白熾燈為梨形的，因此LED球泡燈也應(yīng)當(dāng)為梨形的。這

點是很輕易做到。不過白熾燈為全玻璃制品，LED由于要散熱就很難采用全玻璃

的構(gòu)造。下面會詳細討論LED球泡燈的構(gòu)造。

3.體積大小要相稱，由于LED需要恒流源和散熱器，因此這是非常難做到的I

4.重量要相稱，同樣由于LED需要恒流源和散熱器，因此這也是非常難做到

的

5.燈頭要相似中國過去大都是采用卡口式，改革開放后來大都改用和美國

同樣的螺口式。就是美國的E26或E27。這點也還是很輕易做到H勺

6.電源要相似，都應(yīng)當(dāng)是220VAe（或美國的110VAC）,這也是沒問題日勺

二.LED球泡燈的構(gòu)造

LED球泡燈可以分為外部構(gòu)造和內(nèi)部構(gòu)造。我們先來看一下它的J外部構(gòu)造。

一種經(jīng)典的LED球泡燈日勺外形如圖1所示（這是作者近來在美國硅谷Fry,s電

子商店上看到的I最大功率的LED球泡燈，價$40）：

圖1.LED球泡燈的外形

這是一種5W日勺LED球泡燈，全長13cm,散熱器長5cm,直徑4.5cm,泡殼

長5.2cm,直徑5.5cm,重量114克。它大概可以取代45W日勺白熾燈。其外部構(gòu)

造重要包括3個部分，一種是燈頭，二是散熱器，三是泡殼。而內(nèi)部構(gòu)造則重要

是2部分，一是恒流驅(qū)動電源，二是LED燈板（包括鋁基板和LED）在內(nèi)（圖2）。

圖2.球泡燈的構(gòu)成

卜.面分別來討論這幾種部分口勺構(gòu)成。

三.球泡燈的電源

由于球泡燈都是用市電供電，因此電源也必須是市電交流輸入的，英文稱為

Off-Line,有把中文譯成離線式是很不恰當(dāng)?shù)?，由于英文原意是FromLine的意

思,應(yīng)當(dāng)譯成在線，但又會和網(wǎng)絡(luò)的在線相混，因此不如就直接稱為市電式電源。

球泡燈日勺市電式電源基本指標(biāo)如下：

1.電源基本類型：重要分隔離式和非隔離式兩種，那是指負載端與否與火線

220v隔離。一般說，非隔離由于不需要隔離變壓器，因此成本低，但規(guī)定鋁基

板耐壓高，否則散熱器就有也許帶電。因此比較不輕易通過安規(guī)檢查。隔離式就

比較安全，比較輕易通過安規(guī)，但成本高。

2.電源輸出功率：由于球泡燈日勺體積大小必須和玻殼的白熾燈相稱，因此散

熱器大小有限，目前還不能超過9W。

3.電源效率：一般隔離式在80-85%左右，非隔離式在90%左右

4.電源功率因數(shù)CPF）：不加PF校正在0.5-0.6,加PF校正在0.9-0.99

左右

5.體積大?。河捎谇蚺轃袅艚o電源的空間很小，因此體積的限制很嚴(yán)。

下面來簡介幾種經(jīng)典的球泡燈電源。

3.1非隔離式電源

下面是一種采用美國安森美NCP1014的非隔離式電源原理圖（圖3）

250-400Vdc

NonwialOutput,

10WMax

----------0-------

J2

U2

IQ

Noles.N5M5O25

25mA

圖3.非隔離式電源原理圖

這個電源的基本指標(biāo)如下:

輸入電壓輸出功率輸出電壓輸出電流LED數(shù)效率功率因數(shù)

90-265VAC1OW250-400VDC10-35mA75-12080%>0.9

圖4.NCP1014LEDGT外形圖

其實這個電源的關(guān)鍵就是一種恒流二極管NSI45025,以保證LED恒流在25mA。

因此它只能用于小功率貼片式的LED。其中外加的集成電路NCP1014實際上是一

種有源式的功率因數(shù)校正（PFC）,可以把它的功率因數(shù)提高到＞0.9以滿足美國

能源之星的規(guī)定。輸入端的U,Cl,C2是一種防電磁干擾EMI的濾波器。它的

缺陷是非隔離，因此220V會直接加到負載LED上。

其實假如不規(guī)定功率因數(shù)的話，那么米用恒流二極管（CRD）日勺電源方案可

以做得很簡樸（圖5）。

二

圖5.最簡樸日勺采用恒流二極管的球泡燈電源

這種電源的功率因數(shù)大概在0.5-0.6之間。由于電路簡樸，因此體積可以做

得很小，并且成本很低。

3.2隔離式電源

為了提高安仝性，最住采用隔離式電源，這樣就多了一種隔離變壓器，增長

了體積、成本，減少了效率。圖6是一種采用iWatt企業(yè)iW3610H勺反激式隔離

電源電路圖。其實這個芯片和Cypress企業(yè)H勺CY8CLEDAC02十分類似。

圖6.采用iW36I0的隔離式電源日勺電路圖

其重要技術(shù)指標(biāo)如下表所示:

輸入電壓輸出功率輸出電壓輸出電流LE激效率功率因數(shù)

100-230VAC14.7W21VDC700mA6X2W85%0.9

這個電路還可以自動檢測墻上有無可控硅調(diào)光器，假如有的話就可以調(diào)光,

其調(diào)光范圍可以從2%調(diào)到100%。并且最終采用了PWM調(diào)光,調(diào)光頻率高達900Hz,

因此防止了閃爍。此外由于采用了準(zhǔn)諧振控制使其總效率高達85機它尚有一種

特點是采用變壓器初級反饋從而取消了光耦合器件。它日勺外形圖如圖7所示。其

外形是專門為球泡燈而設(shè)計。

DCOutput

toLEDs

ACInput

a)PCBlbp

b)PCBBottom

圖7.iW3610的演示板

四.球泡燈的散熱器

球泡燈的LED一般焊接在一塊鋁基板（LED底板）上，這塊鋁基板再和一片

圓形鋁散熱板固定，然后再把這塊鋁散熱板固定到散熱器外殼上去（見圖8）。

姐笑狀有

圖8.LED底板怎樣固定到散熱器上去

圖中的鋁散熱板.上可以看出有精加工時痕跡。通過精加工后來LED底板就可

以直接固定上去，否則的話,兩者之間會有氣隙，需要涂覆硅導(dǎo)熱膠以改善導(dǎo)熱。

球泡燈由于體積的限制因此散熱是一種大問題。無論是哪種散熱器都是只能

依托對流和輻射兩種措施來把熱量散發(fā)到空氣中去，而這兩種散熱的能力都是和

它的散熱的面積成正比。而球泡燈的散熱面積可以如下計算。假定其散熱器可以

近似為一種截去尖頂?shù)膱A錐體。假定大圓錐體的高度為H,直徑為D,而截去的

小圓錐體的高度為h,直徑為d。

圖9截頂?shù)膱A錐體

圓錐體口勺側(cè)面積為BHD/2,因此截去一種尖頂后來的側(cè)面積是兀HD/2-JT

hd/2二冗(HD-hd)/2o假定H=8cm,h=3cm,D=5cm,d=3cm,那么這個截頂后來

的側(cè)面積就是48.7cm2,可近似為50平方摩米。而由于大多數(shù)散熱器都開了溝

槽，以增長其散熱面積，開溝槽后來所增長日勺散熱面積為溝槽深度g乘長度1

再乘2,再乘以溝槽數(shù)。假定溝槽平均深度為0.3cm,長度為5cm,溝槽數(shù)為46

個，那么開溝槽后來增長的面積為0.3x5x2x46=138.cm2?？傆嬌崦娣e為188

cm2。根據(jù)經(jīng)驗數(shù)據(jù)，每瓦所需要日勺散熱面積大概在35-60cm2。詳細要多大取

決于環(huán)境溫度和容許的升溫。由于球泡燈大部分是用在室內(nèi)，環(huán)境溫度不是很高,

因此可以采用35cm2/iVo因此188cm2日勺散熱面積可以散大概5.3W左右。不過

這只是極為粗略口勺估計，可以得到一種數(shù)量級的概念而已。真正的散熱狀況還是

要實際測定才可以。

日本的技術(shù)在線拆解了幾種LED球泡燈。并實測了其泡殼溫度，成果如下表

所示：由于室溫是相似日勺

公司勒上東芝三星真明麗錦湖飛利浦比亞迪三星Star

品名7.5W7.2W7.1W7W6W6W4.8W4.7WComgistic

4W

表面43c61c47c45c48c47c45t45c38t

溫度

輻射0.640.370.610.940.960.960.970.71

率

表10幾種球泡燈日勺外殼溫度

表中的球泡燈功率從7.5W到4W。溫升最低FI勺是4W球泡燈，其外殼溫度為

38度。溫升最高口勺為東芝照明的7.2W球泡燈，其表面溫度高達61度。這是由

于東芝日勺球泡燈散熱器沒有開槽溝的緣故。因此不開槽溝的散熱器，雖然表面光

滑，外形好看，但其散熱效果會差諸多。而表面溫度越高，在同樣的系統(tǒng)熱阻和

功耗狀況下，LED芯片日勺結(jié)溫也越高，LEDH勺壽命就越短。

由于球泡燈散熱器面積的限制，因此很難散熱超過7-9Wo根據(jù)目前日勺LED光

效，它的流明數(shù)也就相稱于60W白熾燈。伴隨后來LED光效的J逐年提高，相信會

出現(xiàn)同樣大小而能取代100W的白熾燈。

散熱器口勺材料目前大多數(shù)采用鋁合金，由于成本低廉，加工輕易，并且導(dǎo)熱

性好。不過近來出現(xiàn)了渚多絕緣的塑料散熱器和陶瓷散熱器，其散熱效果也不差。

由于最終的散熱重要靠對流和輻射。而對流完全由其形狀和面積決定。輻射則和

材料的輻射性有關(guān)。多種材料的熱輻射系數(shù)如下表所示：

材料鋼鑄鐵不銹鋼鋁銅導(dǎo)熱塑料

拋光未氧化0.050.20.1-0.250.02-0.10.04-0.8-0.9

0.05

由表中可見，氧化處理是改善金屬材料日勺輻射散熱日勺重要途徑。而導(dǎo)熱塑料

則不需要任何氧化處理就可以到達極高時輻射系數(shù)。因此只要其外形和金屬散熱

器同樣，那么其對流和輻射H勺效果是和金屬散熱器的效果是相似H勺。不過其熱傳

導(dǎo)性能肯定不如金屬，因此整體散熱效果會差某些。不過假如把它做得盡量薄,

再加上一層金屬的內(nèi)壁，就可以把這個熱傳導(dǎo)低的不利原因降至最低。目前已經(jīng)

有導(dǎo)熱系數(shù)不小于20w/mkH勺塑料，不過其單價比較高。陶瓷散熱器的狀況和塑

料散熱器狀況同樣。只是其導(dǎo)熱系數(shù)可以做得更高，當(dāng)然成本也要高諸多。圖

10是上海龍茂微電子企業(yè)日勺6W塑料外殼球泡燈。它的散熱器溫度為67度。

圖10一種6W的塑料散熱器LED球泡燈

塑料和陶瓷的最大長處是絕緣，因此雖然采用非隔離電源也輕易通過安規(guī)檢

查。

此外，為了改善泡殼里恒流驅(qū)動電源日勺散熱，一般都要加入導(dǎo)熱密封膠，以

取代導(dǎo)熱差日勺空氣。尚有一種措施是在散熱器上打孔，以便空氣日勺流通。不過就

會有防水的問題。

五.球泡燈H勺泡殼

所謂泡殼就是指前面透明的玻殼。在白熾燈中，所有都是由玻璃做成日勺外殼,

不過在球泡燈中，雖然也可以用玻璃做前面的外殼，實際上也是有這樣做日勺。不

過由于LED球泡燈重量很重，要比白熾燈重5倍以上，假如用玻璃做日勺話，掉在

地上，摔破的也許性就大多了。因此更多日勺LED球泡燈采用塑料做泡殼，以防摔

壞。并且LED球泡燈由于熱量都從散熱器散出去了，因此通過泡殼日勺光大都是可

見光，很少有發(fā)熱的I紅外線，因此采用塑料來做泡殼也不會由于過熱而損壞。

不過塑料外殼的最大問題是透光率的問題。由于LED存在眩光的問題，為此

盡量采用乳白色的泡殼，以免看到里面的LED燈珠。而乳白色的泡殼。其透光率

就更成問題了。因此布于用于LED球泡燈泡殼的塑料有如下規(guī)定：

1.具有高透光、高擴散、無眩光、無光影；

2.光源隱蔽性要好（盡量看不到LED燈珠）；

3.透光率到達90%以上;

4.具有高阻燃性;

5.具有高抗沖擊強度；

目前國內(nèi)有一種稱為智光LED光學(xué)燈罩日勺聽說可以實現(xiàn)所有以上規(guī)定（圖

11）。

圖11多種LED塑料泡殼

假如真日勺可以實現(xiàn)94%日勺透光率，并且還能防眩光，無光影，那么真的是十

分理想日勺了。其外觀圖如圖12所示。

圖12智光LED光學(xué)燈罩的|外觀圖

六.幾種品牌LED球泡燈

下面列出了幾種市面上批量生產(chǎn)的品牌LED球泡燈的實測成果

公司型號電壓輸入功發(fā)光流明光效額定壽命重量（無光

VAC率WImIm/W萬d曲革）克

東芝1008.7W81093

東芝LDA7N1007W600834萬58

東芝E-Core1004.3W31072

松下1006.9W57082.6

松下1004.0W34085

夏普1007.5W485（日光）64.6

380（暖50.6

白）

三星2207W540765萬140

三星2206W320685萬134

錦湖IL-6W100-2205W350605萬152

勒上SLA190790-2656W525703萬145

燦星網(wǎng)TSK-1103W220554萬

通公司8E014W

比亞電100-2504W210444萬

真明麗1105W30046.23萬

可以注意到一種60W的玻殼白熾燈重量只有28go要比這些LED球泡燈輕5

倍左右。此外表中的發(fā)光效率不是LED自身的發(fā)光效率，而是指整個球泡燈的發(fā)

光效率，其中包括了電源口勺效率和光罩的透光率。因此，要能到達1001m/W的整

體光效尚有一段旅程要走。

七.LEDPAR燈

PAR燈實際上是飛利浦企業(yè)日勺一種大功率鹵素?zé)羧丈滓?guī)格，飛利浦把它稱為

“氯鉉燈”。不過這個名字并沒有得到推廣。一般稱為“筒燈”或者“射燈”。

而射燈重要是指那種具有MR16插座的燈.，因此我們臨時還稱它為PAR燈或筒燈。

由于要和這種PAR燈兼容，因此大功率LEDPAR燈就也采用和PAR燈相似日勺尺寸。

只是構(gòu)造不一樣，瓦數(shù)不一樣，亮度不一樣。飛利浦企業(yè)日勺PAR20.PAR30和PAR38

日勺外形圖如圖13所示。而相兼容的LED的PAR燈，其外形尺寸和他們完全相似

（圖14）o

圖13.飛利浦企業(yè)的PAR20、PAR30和PAR38的外形圖

圖14和PAR20、PAR30、PAR38相對應(yīng)的led筒燈

采用LED后來，由于沒有統(tǒng)一日勺規(guī)格，因此具有多種不一樣H勺性能指標(biāo)，目

前選擇其中比較經(jīng)典者和本來飛利浦鹵素?zé)鬑勺指標(biāo)比較如下表所示。

功率電壓VAC射角（度）光強壽命（小時）

PAR2050W23025looocd2,000

LEDPAR205x2W100-24015,30,45,60,90330Im>50,000

PAR30100W230303000cd2,000

LEDPAR307x2W100-2408,15,30,45,60,90680Im>50,000

PAR38100W23010308500(100)2,000

2500(300)

LEDPAR3812X2W100-2408,15,30,45,60,901,140Im>50,000

其中光強指標(biāo)兩者所用日勺單位不一樣，飛利浦采用cd（燭光），而一般LED

則采用1m（流明）。兩者的關(guān)系如下：6（流明）=4irl（燭光）。不過由于兩

者歐I發(fā)射立體角不一樣，因此無法換算。只能大體說，鹵素?zé)舻腎發(fā)光效率大概為

17-33lm/Wo而LED的發(fā)光效率在100T301m/W。約比鹵素?zé)舾?-6倍。

PAR燈和球泡燈的構(gòu)造基本相似，只是體積大某些，瓦數(shù)大某些。因此規(guī)定

的電源功率也要大某些。

今年2月美國凌特企業(yè)宣布了一種用于LED恒流驅(qū)動的IC(LT3799),它

可以驅(qū)動4T00W'日勺LED,并且自身帶PFC,外置功率MOSFET開關(guān)管，反激隔離

式而不需要光耦合器，外置元件減到至少，并且還可以用于可控硅調(diào)光。

圖15可用于高功率LEDPAR燈的反激式隔離型恒流電源

這個電路圖是一種給24瓦PAR燈用的演示板日勺電路圖。其重要技術(shù)指標(biāo)如

下:

輸入電壓輸出功率輸出電壓輸出電流LED數(shù)效率功率因數(shù)

90-270VAC25W25VDC1A8X3W83-0.92-0.99

86%

它口勺演示版口勺布置圖如圖16所示。詳細應(yīng)用時當(dāng)然也可以設(shè)計成圓形。

圖16.LT3799的演示版

這個市電恒流源由于功率大，并且可以適應(yīng)4T00W的寬功率范圍，因此一

定是采用外置MOS開關(guān)管，并且也由于功率大，因此規(guī)定采用功率因數(shù)校正（PFC）。

對于不一樣日