中国LED照明产业值达1500亿 电流测试成LED驱动测试关键
LED是新型的发光体,电光效率高、体积小、寿命长、电压低、节能和环保,因此LED照明被各国公认为最有发展前景的高效照明产业,被称作继白炽灯、荧光灯之后照明光源的又一次革命,代表世界照明工业的未来发展方向。它不仅是当前应对国际金融危机、保持经济平稳较快发展的重要突破口,也是催生新技术革命、培育新兴产业、促进节能减排、应对全球气候变化的重要途径。从长远发展看,世界照明工业正在转型,许多国家提出淘汰白炽灯、推广节能灯计划,将LED照明节能产业作为未来新的经济增长点。
近几年,LED照明产业发展迅速,全球产值年增长率保持在20%以上。iSuppli公司的研究数据显示,2009年全球LED营业收入预计从2008年的67亿美元上升到74亿美元(而同期的半导体市场预计因全球经济放缓而萎缩12.4%),预计到2013年全球LED市场将达到143亿美元,比2009年增长近一倍。
我国也初步形成了完整的产业链,并在下游集成应用方面具有一定优势。2008年我国LED照明总产值近700亿元,其中芯片产值19亿元,封装产值185亿元,应用产品产值450亿元。 2009年10月,国家发改委、科技部等六部委联合发布的《半导体照明节能产业发展意见》提出明确目标:到2015年,半导体照明节能产业产值年均增长率在30%左右;功能性照明达到20%左右。据悉,我国先后启动了绿色照明工程、半导体照明应用工程,在十大重点节能工程、高技术产业化示范工程、企业技术升级和结构调整专项、863计划新材料领域中也分别设立了半导体照明技术的研发和产业化项目,已初步形成比较完整的LED照明产业链。据了解,在打造节能环保的低碳经济的思路下,我国半导体照明产业的“蛋糕”正快速做大。相关机构分析,2010年,中国LED照明产业产值将超过1500亿元,较2008年翻倍。
对于我国LED产业现状,深圳市费思科技有限公司总经理唐玄表达了自己的看法,他说:“2009年,我国在LED的产业上游的芯片领域,产能发展迅速,芯片产值较2008年增长25%,达到23亿元,产品进入了显示等中高端领域;我国在LED的产业中游的封装领域,产业结构明显改善,封装产值较2008年增长10%,达到204亿元,SMD和大功率LED增长较快;我国在LED的产业下游的应用领域,应用蓬勃发展,显示屏、功能性照明等应用处于国际前列,应用领域产值2009年增长30%,达到600亿元。总的来说该行业一个具有高速和持续发展的行业,在照明,显示屏,$LCD$背光的诸多应用领域前景广阔,另外在该领域,我国的起步和国外水平差距不大,以及我国巨大的市场空间,这些对我国的产业发展都是一个巨大的机遇。”
深圳市费思科技有限公司总经理唐玄
“LED行业一个具有高速和持续发展的行业,在该领域,我国的起步和国外水平差距不大,以及我国巨大的市场空间,这对我国的LED产业发展都是一个巨大的机遇。” LED测试之关键电性能
虽然LED在照明领域的应用也越来越广泛,但同时对LED灯产品整体设计的高效率、长寿命、可靠性、稳定性和一致性提出了更高的要求,因而LED照明产品设计需要采用恰当的LED测试方法以快速应对这些挑战。基于LED各个应用领域的实际需求,LED的测试需要包含多方面的内容,包括:电特性、光特性、开关特性、颜色特性、热学特性、可靠性等。
据泰克科技公司专家介绍,在实际开发和设计过程中,广大开发者必须想方设法克服各种瓶颈问题,特别是发热(寿命)、成本、标准符合这三大难题。LED单管的发热明显,散热问题直接影响其在照明领域的替代性;目前LED的成本还很高,特别是前期投入较大,影响了它向更广泛领域拓展;如今在国内没有明确的标准,预计年内能够形成,现阶段可参照一些较严格的行业标准进行设计。 从LED驱动电路和保护电路等实际应用电路的开发角度来说,要克服设计中面临的难题离不开精准、可靠和低成本地实现各种电性能的测试测量。目前,LED电源以开关电源为主,LED的电性能测试与开关电源的电性能测试基本相同,但更加侧重电流测试。
通常情况下,电流的测试主要包括以下测试项目:电源质量测量,涉及RMS值、波峰因数、真实功率、无功功率、视在功率、功率因数及电压和电流相角测量;谐波测量,包括THD-F、THD-R和RMS测量及每个谐波的幅度和相位,根据IEC61000-3-2标准进行测试;开关损耗测量,包括开、关、传导损耗和总功率及能量损耗;安全工作区;纹波测量;调制分析;BH曲线分析。
对于LED照明应用开发来说,LED电流纹波关系到开关电源的成本和光通量平衡折衷,是工程师首先需要重点关注的关键电性能。纹波电流通过提高功耗而影响LED性能,这可能导致结温升高,而且对LED的使用寿命有重大影响。根据经验,结温每降低10℃,半导体的使用寿命就会延长2倍。
其次,开关电源设备的转换速率(di/dt、dv/dt)、开关损耗测量、安全工作区(SOA)都是测试测量的考量要点。这些指标考验着开关电源的效率。晶体管开关电路在转换过程中消耗的能量最大,常用的测量包括闭点损耗、开点损耗、功率损耗、动态开点电阻、安全工作区(瞬时功率)。 再者,对实现LED调光的开关电源调制分析也必不可少。实现LED调光主要有两种方法:一是降低LED的电流;二是快速地开关LED,并且通过电流波形的脉宽调制(PWM)进行调光更为准确。显然,后者已成为行业主流,在照明和显示器应用上,PWM需要高于100Hz的频率,以使肉眼感觉不到闪烁,10%的脉冲宽度在ms范围内,并要求电源的带宽大于10kHz,而且控制环路总是处于激活状态,并实现了极快的瞬态响应。
能源之星与LED照明
费思唐总非常同意标准是目前LED照明发展的一大瓶颈,但他比较乐观。他说:“确实,目前世界各国的LED照明标准尚未统一,但是主要性能方面的标准差异,如光特性,发光效率,耐用性等。但是对安全标准,电磁标准等则基本上是通用的。但费思的产品是通用仪器,标准不同并不影响费思产品的使用。” 关于LED驱动标准,中茂电子(深圳)有限公司市场开发部经理廖志信也是非常乐观:“LED照明俨然已成为目前最热门的绿色产品之一,而它需要LED驱动来点亮。由于LED驱动的法规尚未统一,在统一之前,LED驱动的设计可谓是百家争鸣,各电源厂没有法规可循,所需要测试的项目、规格等,都是由各家电源厂自行制订,虽说是由各电源厂自行制订,但仍不会离能源之星的要求太远。”
中茂电子(深圳)有限公司市场开发部经理廖志信
“由于LED驱动的法规尚未统一,在统一之前,LED驱动的设计可谓是百家争鸣,各电源厂没有法规可循,但仍不会离能源之星的要求太远。”
据唐总介绍,“能源之星”是有美国环保署和能源部共同推出的节能产品认证标志,目的是为了降低能源消耗及减少发电厂所排放的温室效应气体。“能源之星”对整体式LED的光效、色温、光强、电源质量、噪音、甚至包装等都进行了全面的规定。“能源之星”虽然不是强制执行的,但是鉴于其影响力,具有“能源之星”可以更多的获得市场和用户。
关于“能源之星”中的规定,中茂廖经理介绍说:“‘能源之星’在LED驱动的规范中提到,大于5W的LED驱动,其Power Factor需大于0.7。针对LED操作频率需要大于等于120Hz,避免LED有闪烁的情况发生,此规范虽然在是在定义LED的操作频率,但实际上则是要求LED驱动的PWM调光频率需大于等于120Hz。其余‘能源之星’规范虽以LED灯具为主,但与LED驱动效能仍有相当的关连性。”
业界优秀测试方案介绍
中茂LED测试方案
据廖经理介绍,针对LED驱动的测试设备,中茂提供了全球首创的LED仿真负载,能仿真各种不同款式的LED,进而验证LED驱动在不同LED下的效率与特性。而中茂的LED仿真负载主要特点除了仿真各种不同的LED外,还能测试LED driver的PWM调光,解决一般电子负载无法测试PWM调光的问题。
继而,他透漏,在测试LED驱动上,若采用LED当负载来进行测试的话,会有以下缺点,因此不建议使用LED当负载来测试LED驱动。“1、LED驱动的规格中,会有一适用的输出电压范围,也就是需要串联不同数量的LED来测试此适用范围,在测试上会相当不方便。2、LED的光衰特性会随时间改变,测试上无法得到一致的结果。3、不同款的LED,其特性(VF、Rd)皆不尽相同,电源厂需准备各种不同的LED,确保LED 驱动都能正常运作,有其困难度。4、测试过程中,若串连的LED灯条有一颗LED损坏,往往无法马上察觉,造成错误测试数据。”
廖先生认为:“测试的精神则是在于以相同的测试条件来测试产品,所得到的结果与判定的条件才能一致,达到测试的目的。中茂在电源测试上已有20几年的经验,对于LED驱动的测试,提供了全球首创的LED仿真负载-63110A,能模拟各种不同款式的LED,可验证LED驱动在不同LED下的效率与特性。此外,针对交流输入的LED驱动,中茂则提供了可编程的交流仿真电源(AC source)-6500/61500/61600系列,仿真市电的各种情况。能源之星测试方面,也提供了数字功率表(Power meter)-6630/66200系列及电气安规测试分析仪-19032等。”
在研发单位或品保单位等,可依据需求选择各单机使用。在生产在线,中茂更是提供了强大的自动测试系统-Chroma 8491,配备了针对待测物(LED驱动应用于照明与TV背光趋动)特性优化后之标准测试项目,使用者只需在标准测试项目上定义测试条件和测试规格即可进行功能测试。
优化后的测试项目涵盖了多项电源测试要求,包含输出特性(Output performance)检测待测物的一般性能,输入特性(Input Characteristic)检测电源的输入参数,效率测试(Efficiency) ,稳定度测试(Regulation Tests)检测待测物在输入电源和负载变化时的稳定性。时序和瞬态(Timing & Transient)测量开机/关机时的瞬时状态及时序,保护功能测试(Protection Tests)确保电源保护电路工作正常,及待机功耗,,能源之星等测试。
费思LED测试方案
据介绍,费思公司对于LED相关产品有两个系列产品可以提供测试应用:1、是费思的高端万用表FT215、FT217、FT335、FT338、FT365、FT368有一项专利技术叫做LED阈值电压筛选技术,可以快速对LED的阈值电压进行检验,目前有多家企业用该功能用在来料检验以及生产检验中,极大提高生产效率。2、是费思的单通道可编程电子负载FT6300A系列,和多通道可编程电子负载FT6600A系列,可以有效的对LED电源进行测试。其中单通道可编程电子负载FT6300A系列的快速相应,和自动化测试功能具有独特的竞争力,可以大幅提高生产效率;而多通道可编程电子负载FT6600A系列非常适合LED电源生产和设计的高端应用。 费思电源测试设备电子负载仪器的一系列功能可以有效的帮助客户提升LED的设计能力,如多通道可编程电子负载FT6600A系列可以对LED电源的瞬态性能,带载能力,功率、电流、连续状态等进行测试,使得LED能有效降低能耗提升效率。
对于费思LED测试设备主要竞争优势,唐先生认为:“物美价廉,有效替代进口产品。费思的产品是自主设计自主品牌的产品,产品的规格和性能都是瞄准国际最高水平,同时也加入了自己对行业理解的设计特点,如刚才提到的:LED阈值电压筛选技术;自动化测试功能等。比如我们有一个成果案例就是一台5000元的电子负载,在产线上同时替换三台合计价值5万元的进口设备,同时产能提高一倍,员工由原来操作6次降为1次,工作强度大大降低。”
企业简介
深圳市费思科技有限公司
深圳市费思科技有限公司创立于2002年,具有深厚国防和航天技术背景,致力于向电子、电力、科研和教育等行业用户提供精确、可靠的仪器产品。费思人中拥有多名曾经参加过中国银河超级计算机、弹道导弹及同步卫星等项目研发的工程师和专家。他们将多项军工和航天技术运用到了产品的设计中。
费思雄厚的技术实力奠定了公司产品的高端品质,也为打造一个世界仪器行业高端品牌奠定了基础。秉承“创造世界顶级产品,发展民族自主品牌”的宗旨,费思已经拥有了多项自主知识产权。已形成了集研发、生产和营销为一体的综合运营体系,先后通过了CE认证和ISO 9001:2000 国际质量管理体系认证。
中茂电子(深圳)有限公司
中茂电子(深圳)有限公司是专门研发﹑生产和销售电源﹑视频﹑被动组件及电子安规领域测试仪器及测试系统的专业公司。该公司成立于1998年﹐总公司是位于台湾的致茂(CHROMA)电子股份有限公司(台北上市公司)。有鉴于量测的重要性,CHROMA自创业以来即以创新技术、市场导向、项目管理的研发策略,提供业界完整的量测解决方案。CHROMA长久从事电源领域的测试,累积了相当多的关键技术与经验,并将这些技术与经验应用于发展电力电子产品,例如通信电源系统及不间断电源供应系统。未来更将结合两者技术发展宽带网络电源系统。
中茂电子秉承主动﹑负责及创新之精神,追求世界先进科学技朮﹐以优异的质量与优良的服务作为经营理念﹐经过几年的市场运作﹐公司的业务不断拓展﹐先后在上海﹑苏州、北京、山东威海﹑西安﹑江西﹑东莞﹑厦门设立分支机构,拥有庞大和成熟的销售网络,并致力于产品的售后服务﹐形成了完善的跟踪服务体系。
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