迄今為止，“光引擎”還沒(méi)有一個(gè)非常嚴格而又確切的定義，以致不少讀者還不知道到底什么是光引擎。有人把它定義為“LED光引擎(light engine)是指包含LED封裝(組件)或LED數組(模塊)、LED驅動(dòng)器、以及其它亮度、熱學(xué)、機械和電氣組件的整體組合。該裝置要通過(guò)一個(gè)與LED燈具匹配的常規連接器直接連接到分支電路，該LED燈具設計成不使用標準燈座。”這個(gè)定義看上去好像很完整，但是往往會(huì )使人困惑，因為它還包括了“其它亮度、熱學(xué)、機械和電氣組件”。 

其實(shí)可以非常簡(jiǎn)單地給光引擎下一個(gè)定義：那就是凡是把LED光源和LED驅動(dòng)電源結合為一個(gè)模塊的就可以稱(chēng)為光引擎。更通俗一點(diǎn)的可以這樣來(lái)說(shuō)，凡是把恒流驅動(dòng)源放到LED鋁基板上去就成為光引擎。 

有人把COB LED稱(chēng)為光引擎，顯然是不對的！因為它沒(méi)有集成恒流驅動(dòng)源，沒(méi)有“驅動(dòng)”，怎么能夠稱(chēng)為“引擎”？ 

從電源的種類(lèi)又可以分為直流光引擎和交流光引擎兩大類(lèi)。不過(guò)，當前由于室內燈具開(kāi)始大量采用光引擎，所以我們更多關(guān)注交流市電的光引擎。 

那么是不是整個(gè)LED燈具也可以稱(chēng)為光引擎呢？當然不可以。正如整個(gè)汽車(chē)不能稱(chēng)為引擎一樣，引擎是汽車(chē)的動(dòng)力總成，但是不等于汽車(chē)，還要加上外殼才能成為汽車(chē)。之所以需要有光引擎這樣的產(chǎn)品，是因為所有的燈具有各式各樣的外觀(guān)。有些燈具甚至可以稱(chēng)為藝術(shù)品。就拿白熾燈來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)它只有最簡(jiǎn)單的燈泡一種形式，頂多再加上蠟燭燈或極小的圣誕燈�？墒撬�的外形可是有各式各樣的。尤其是水晶燈更是各式各樣的工藝美術(shù)品，極其華麗。但是LED還必須加上極其復雜的恒流驅動(dòng)源才能相當于一個(gè)白熾燈一樣工作（接上220V就可以亮）。如果把LED做成光引擎，它就也像白熾燈一樣接上220V就可以亮（當然還需要有與其相配的散熱器）。這樣一方面有助于標準化，另一方面也可以大大地便于外殼（和散熱器）設計者發(fā)揮其所能。 

采用光引擎的好處 

很多人認為推廣光引擎的主要目的是為了標準化以增加其互換性。其實(shí)這種標準化并不應該只從光引擎著(zhù)手，而是應該在統一散熱器和光引擎之間的接口上著(zhù)手。就拿LED球泡燈來(lái)說(shuō)，需要統一的基本上就是光引擎和散熱器的尺寸，具體涉及到定位螺釘孔和散熱器的定位螺釘孔的尺寸位置。即使是這么具體的問(wèn)題，也還有很多難處。因為它是和瓦數和散熱器的散熱能力都有關(guān)系。所以推廣光引擎不能只從互換性的好處來(lái)著(zhù)眼。 

可以說(shuō)推廣光引擎的最大好處有以下幾個(gè)方面。 

1. 降低LED照明燈具廠(chǎng)家研發(fā)費用，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期 

因為所有LED燈具的光學(xué)和電氣指標都由光引擎生產(chǎn)廠(chǎng)家制定了。甚至還推薦了相應的散熱器。燈具廠(chǎng)家只要把光引擎安裝到散熱器里面去就可以了。燈具廠(chǎng)商甚至不需要經(jīng)驗豐富的光學(xué)、電子工程師，也不需要購買(mǎi)昂貴的光學(xué)和電子儀器設備。換句話(huà)說(shuō)，光引擎可以大大降低LED燈具廠(chǎng)的準入門(mén)限，但卻不會(huì )因此而降低LED燈具的產(chǎn)品質(zhì)量。當然這要求光引擎的生產(chǎn)廠(chǎng)家本身就要有極高的水平才行。 

2. 推廣光引擎可以大大加速LED燈具的推廣 

最近幾年隨著(zhù)白熾燈的禁產(chǎn)，LED燈具即將迎來(lái)爆炸式的增長(cháng)。LED燈具廠(chǎng)如雨后春筍般的大量涌出。這雖然是一種必然趨勢，但是也帶來(lái)了很多問(wèn)題，尤其是表現在LED燈具的質(zhì)量上的良莠不齊和各個(gè)廠(chǎng)商之間的無(wú)序的價(jià)格戰。LED光引擎的出現可以在很大程度上解決這類(lèi)問(wèn)題。因為質(zhì)量是由幾家生產(chǎn)光引擎的大廠(chǎng)決定，價(jià)格也不可能有太大的出入。這就大大地減少了由無(wú)序競爭而引起的內耗。有助于LED燈具產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。 

3. 提升了LED燈具的整體性能 

例如提高了整體光效（lm/W），這里是指包括電源效率在內的整體光效，當然對于整燈來(lái)說(shuō)也還應當包括燈罩的透光率（不過(guò)這不是由生產(chǎn)光引擎的公司負責，而是由生產(chǎn)散熱器的公司負責）。也可以提高色溫，顯色指數等指標。 

4. 降低了成本 

至少可以省去了恒流驅動(dòng)源的印制板，及其生產(chǎn)成本。 

目前來(lái)說(shuō)，最簡(jiǎn)單而最重要的就是用于LED球泡燈的光引擎。下面我們就來(lái)看一下這種光引擎的構成。

LED球泡燈的光引擎 

對于球泡燈來(lái)說(shuō)，它的構成已經(jīng)是非常接近標準化的了。它主要是由三大部分構成：LED光源、恒流驅動(dòng)電源、散熱器和外殼（包括燈頭和燈罩）。 

所以如果就拿LED球泡燈來(lái)說(shuō)，如果要做成光引擎就必須把它的電源板和LED板合成為一塊板，可以看出其難度是很大的。 

圖1. LED球泡燈的構成

開(kāi)關(guān)電源不適合做光引擎 

開(kāi)關(guān)電源雖然性能比較好，效率也比較高，但是最大的缺點(diǎn)就是元件數目非常多，要和LED燈板集成在一起有很大難度。有人就曾經(jīng)試圖這樣做，其結果是非常擁擠（見(jiàn)圖2） 

圖2. 采用開(kāi)關(guān)電源的光引擎板

從這張照片可以看出，整個(gè)開(kāi)關(guān)電源幾乎占據了70%以上的面積，而把LED的空間減到最小。這種結構顯然是不可行的，因為它不但減小了LED的發(fā)光面積，也擋去一部分光線(xiàn)。而且最大的問(wèn)題是減小了LED的散熱面積。圖中看來(lái)可能是5個(gè)1W的LED。如果要做成9W或10W的球泡燈更是完全不可能實(shí)現的了。

線(xiàn)性電源可以減少元件數但效率過(guò)低 

為了減少元件數，最簡(jiǎn)單的方法是改用線(xiàn)性電源，通常線(xiàn)性電源只有5-6個(gè)元件，這樣就可以大大減小所占用的面積。目前市面上的光引擎大多數都是采用無(wú)電解電容的線(xiàn)性恒流源，無(wú)電解電容方案是美國ExClara公司于2011年8月提出來(lái)的，以后有6-7家公司模仿他們的思路開(kāi)發(fā)出類(lèi)似的芯片。它的基本原理就是在輸入交流電壓波形的不同值時(shí)接入以不同恒流值驅動(dòng)的LED串，以得到和交流整流以后半個(gè)正弦波形相匹配的電流波形，從而可以得到接近于1的功率因數。這個(gè)可以從這種芯片的內部結構圖和波形圖來(lái)理解。圖3就是美國Supertex公司的CL8801芯片的內部結構圖。 

圖3. CL8801的內部結構圖

圖4. 電流和電壓波形圖

它的電流和電壓波形如圖4所示。由圖中可以看出，當交流電壓上升至某一值時(shí)第一個(gè)開(kāi)關(guān)接通，第一串LED導通，同時(shí)選用第一個(gè)恒流源；繼續上升至更高值時(shí)第一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，第二個(gè)開(kāi)關(guān)接通，第一串連同第二串LED以更高電流的第二個(gè)恒流源導通，以此類(lèi)推，最后一串導通時(shí)間最短，但導通電流最大（最后一個(gè)恒流源）。從而形成一個(gè)接近于電壓波形（半個(gè)正弦波）的電流波形，從而得到最高的功率因數。但是也帶來(lái)一系列的缺點(diǎn)和問(wèn)題（見(jiàn)后面）。 

下面就是幾種采用無(wú)電解電容線(xiàn)性恒流源的光引擎。 

圖5. 采用無(wú)電解電容線(xiàn)性恒流源的光引擎

這些都是無(wú)電解電容的線(xiàn)性恒流源的方案，達鑫的DS6622采用了一個(gè)橋堆、一個(gè)壓敏電阻，3個(gè)電阻、一個(gè)電容和兩顆IC（DS6622），一共8個(gè)元件，只占據了10%左右的面積。這種光引擎從占用面積來(lái)看，是一種可行的方案。然而它的缺點(diǎn)是和所有普通的線(xiàn)性電源一樣，按照ExClara給出的數據，當輸入市電電壓變化+/-10%時(shí)，其效率為84%-93%。而且還只允許市電電壓變化小于20%范圍內和LED電壓也必須在設計值的10%范圍內，否則效率會(huì )變得十分低下。在SU1203的規格書(shū)中給出了它的電源效率如圖6所示。 

圖6. SU1203的電源效率和輸入電壓關(guān)系曲線(xiàn)

由圖中可以看出，在輸入電壓為200V時(shí)，其效率約為96%，而輸入電壓為245V時(shí)其效率約為80%。平均值約為88%，和220V時(shí)的效率相當。如果用190V時(shí)效率為100%（不可能�。�，260V時(shí)效率為70%，那么平均值為85%。歸納起來(lái)這種無(wú)電解電容方案的缺點(diǎn)和問(wèn)題如下： 

1. 效率低下，約為88%左右。

2. LED不是直流驅動(dòng)，而是時(shí)通時(shí)斷，所以L(fǎng)ED利用率低，最后一串LED的高脈沖電流也會(huì )影響其壽命。

3. 整體發(fā)光效率要比有電解電容低15%左右。

4. 電流波形接近半個(gè)正弦波，所以會(huì )有100Hz的閃爍。無(wú)法用于數碼相機照相和安保系統中。

電源和燈板合并會(huì )引起嚴重的散熱問(wèn)題 

采用普通的線(xiàn)性恒流源是不是一種可行的光引擎方案呢？不是如此。雖然它解決了占用空間的問(wèn)題，但是除了上面已經(jīng)提到的缺點(diǎn)以外還有一個(gè)不能忽略的缺點(diǎn)，那就是散熱問(wèn)題。雖然不管電源放在哪里，它的熱量總歸是要通過(guò)散熱器散到空間，但是當電源和燈板放在一起的時(shí)候，電源所消耗的功率會(huì )變成熱量而直接加到燈板上，就會(huì )增加燈板所需散去的熱量，這就會(huì )增高LED的結溫，降低其壽命。而且線(xiàn)性恒流源最大的缺點(diǎn)就是效率極其低下。所以這是一個(gè)極為嚴重的問(wèn)題。 

下面舉一個(gè)例子來(lái)說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題。 

假定一個(gè)10W的LED球泡燈，就是說(shuō)其燈板上有9W的LED�；蛘哒f(shuō)它需要9W的供電。采用無(wú)電解電容方案以后它的效率為84%-93%，平均值為88.5%。也就是它在供給8.85W的功率給LED燈板時(shí)，本身要消耗11.5%的功率，也就是消耗了1.15W的功率。那么如果這個(gè)電源也安裝到燈板上去，勢必要增加燈板的熱量，但是燈板增加了不止11.5%的熱量！為什么？ 

因為8.85W的LED并不是這8.85W全部變成了熱，而是有一部分變成了光發(fā)出去。當前的LED的發(fā)光效率在30%左右。假定發(fā)光效率為40%，那么有60%的能量都變成了熱量，也就是有5.4W的熱量需要散發(fā)出去�，F在又增加了1.15W，變成6.55W。也就是增加了21.3%的熱量。雖然本來(lái)的散熱器也需要把這部分熱量散發(fā)出去，但是現在把這部分熱加到了LED燈板。因為電源是放在燈板的電路面，而電路面要傳到散熱器需要通過(guò)兩個(gè)絕緣介質(zhì)，一個(gè)是印制板的絕緣介質(zhì)，另一個(gè)是鋁基板和散熱器之間的絕緣介質(zhì)，所以電路面的溫度和散熱器的溫度是不同的，而LED是放在鋁基板的電路面的。也就是說(shuō)由于電源放到了電路面就會(huì )使鋁基板的電路面熱量增加了21.3%，這會(huì )導致LED的結溫也升高21.3%。而結溫增加對壽命的影響到底有多大呢？這可以參看Cree公司給出的結溫和壽命的曲線(xiàn)（圖7）。 

圖7. 結溫和壽命的關(guān)系曲線(xiàn)

這個(gè)曲線(xiàn)是以光衰至70%作為壽命的標志，假如原來(lái)的LED結溫是85度，其70%光衰的壽命是3.1萬(wàn)小時(shí)�，F在結溫升高了21.3%，也就是升高到100度左右，它的壽命就從3.1萬(wàn)小時(shí)降低到1.5萬(wàn)小時(shí)，也就是降低了16,000小時(shí)。所以這種溫升對壽命的影響是相當嚴重的。如果本來(lái)聲稱(chēng)壽命可以高達3萬(wàn)小時(shí)，現在實(shí)際的壽命只有1.5萬(wàn)小時(shí)。也就是說(shuō)，這種無(wú)電解電容方案的光引擎會(huì )嚴重降低LED的壽命。

閃爍效應 

100Hz的閃爍效應可以在采用數碼相機照相時(shí)很明顯地看出來(lái)。下面的兩幅照片（圖8）左邊一幅是采用無(wú)電解電容LED燈具照的。右邊一幅則是采用有電解電容LED燈具照的。 

圖8. 用數碼相機拍攝時(shí)無(wú)電解電容燈具出現黑色豎條紋

首爾光引擎的實(shí)測結果 

首爾半導體公司生產(chǎn)了一種光引擎Acrich2，從它的電路圖可以看出，它也是采用無(wú)電解電容方案的線(xiàn)性電源，其外形圖如圖9所示，電路圖如圖10所示。 

圖9. 首爾半導體的Acrich2光引擎

圖10. Acrich2的電路圖

我們實(shí)測了它的參數：在220V時(shí)，其輸入功率為4.489W，總光通量為297.7lm，發(fā)光效率只有66.3lm/W，顯色指數為83.1，功率因數為0.975�？梢�(jiàn)其光效十分低下。而且隨著(zhù)輸入電壓的增高，其效率還會(huì )進(jìn)一步降低（見(jiàn)圖11a和圖11b）。 

圖11a. 輸入功率和輸入電壓的關(guān)系

圖11b. 輸出流明和輸入電壓的關(guān)系

從圖11a中可以看出，當輸入電壓從220V增加到255V時(shí)，輸入功率增加1.2倍，而輸出流明只增加1.1倍。也就是光效會(huì )降低1.1倍。根據Acrich2的數據表，它的電源芯片的功率耗散為1W，而輸入功率為4.5W，所以它的電源效率只有78%。而且這個(gè)1W的功率加到LED鋁基板上，肯定會(huì )增加鋁基板的熱量，提高LED結溫，從而降低LED的壽命！它的唯一優(yōu)點(diǎn)是功率因數高，但是由于它的功率小于5W，無(wú)論是美國的能源之星或是中國的國家標準都不要求功率因數。所以這個(gè)優(yōu)點(diǎn)也是多余的！ 

結論 

目前幾乎市面上所有的LED光引擎都是采用無(wú)電解電容的方案，這種方案不僅存在效率低，增加燈板的熱量，降低LED的壽命，而且還存在有LED利用率低下，整體光效降低15%，而且還有100Hz的頻閃！ 

由此看來(lái)要想使LED光引擎能夠成為現實(shí)的關(guān)鍵技術(shù)必須有極高效率的恒流驅動(dòng)源，有了極高效率的恒流驅動(dòng)源才有可能把電源放到LED鋁基板上去！現有的所有無(wú)電解電容方案都不是合適的光引擎方案！