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低功耗LED驱动器开发

上海九高节能技术有限公司

应用在上海豫园商城景观照明

应用在2010年上海世博会主题馆

上海九高节能技术有限公司是2008年一月成立的新公司,产品以节能产品为主。以前的LED驱动器都是靠代加工,质量不能保证、效率又低。2009年九高公司求助于电气集团中央研究院,他们把九高公司介绍给上海科促会正在实施的“联盟计划”。2009年6月,“联盟计划”将九高的“低功耗LED驱动器开发”项目纳入招标范围。9月,上海应用技术学院成功竞标。

上海应用技术学院的教授们在电力电子和电源这一领域已有20多年的开发、研究历史,近5年里研发了一系列恒流电源,但成果一直“躺”在校园,没有实现产业化。

在教授们的主导下,九高公司的技术难题迎刃而解。目前市场上的高功率AC/DC LED驱动器效率在80%以下,且驱动器使用寿命远远达不到LED的寿命,所以公司承担的工程项目,很难保证连续使用在5万小时以上,线路十分复杂,而教授们化繁为简,还做到低能耗、低耗材。企业和高校经过一年多联合攻关,从根本上改变了国内外一直沿用的电源中使用电解电容来实现稳压、储能的传统方式,将其改造成无需电解电容的新线路,成功实现了产品的技术升级和规模化生产。在“牵线搭桥”的同时,“联盟计划”主办方还无偿资助了一定数量的研发资金。

与上海应用技术学院合作的联盟计划项目是九高公司LED景观照明产品(此产品为九高公司新产品)中的驱动系统,即低功耗LED驱动器。产品开发完成后即应用于上海豫园商厦LED节能照明改造、上海世博会主题馆外立面LED景观照明、上海世博会沪上生态家外立面与室内LED照明等项目。

由于LED照明技术是世界最新节能环保技术之一,其产品属上海市重大项目,尤其是世博会场馆得到应用,具有很好的节能减排与新技术展示的示范效应,九高公司也因此得到了上海市科委的表彰。联盟计划项目帮助企业度过初创期最困难阶段,为企业产学研合作提供了很好的平台。联盟计划的支持经费对企业而言是雪中送炭。

1、自主知识产权含量:本项目的创新之处在于:基于PWM产生电路或专用芯片设计高亮LED驱动器,驱动器设计采用泵升充电方式和BOOST方式,实现了整个交流周期对金属薄膜电容的充电,采用泵升充电方式让电压和电流的交叉角变小,从而提高功率因素。输出环节采用BUCK方式工作在连续电流状态,LED输出电流的纹波控制为峰值的30%。

2、创新性:电路使用的元件少,特别的创新是整套驱动器不使用电解电容,所以电路的寿命长。电路以恒流方式驱动LED,设计指标是当输入电压为220/230VAC时,在350mA输出电流时,输出电压为65-170V。

3、先进性:国际上认定的绿色电源是效率须达到85%及以上,功率因数达到0.95。国内的AC/DC恒流电源在相同的器件数量的情况下难以达到且还未见无电解电容的电源产品。本项目研制的样品达到了:

(1)AC输入电压190~265v,50Hz;

(2)LED(串联)DC输出电压65~170v;

(3)LED输出恒流为350mA±10%;

(4)效率90%;

(5)AC输入电流总谐波失真(THD)≤20%;

(6)输出峰峰值≤30%;

(7)功率因数(PFC) ≥0.95。

九高公司与应用技术学院在本项目合作成功的基础上,将继续进行新一轮的产学研合作。主要内容有:

第一,应用技术学院的教授定期到九高授课,介绍LED驱动技术的国内外动态,以及学校在该领域的最新成果,与企业研发人员进行技术交流。九高技术人员也定期到应用技术学院实验室开展技术研发。目前,主要的合作内容是应用技术学院帮助九高公司改进与定型LED日光灯、筒灯驱动电源设计技术。

第二,九高公司与应用技术学院共同申报上海市科委2010年度“科技创新行动计划”光电子与半导体照明专项“LED照明技术在外滩建筑群中的示范应用”项目,该项目已经获批。应用技术学院在该项目中将承担大功率LED驱动与控制装置的研发。

第三,九高公司是上海LED照明产业孵化器的50%股东,孵化器将在应用技术学院内建立产学研合作基地,合作的主要技术领域是LED驱动。第四,九高正在松江建设研发与生产基地,九高与应用技术学院将共同在九高松江基地建设LED驱动与控制技术研发中心,以及大学生实习基地。

上海应用技术学院已经帮助企业制订2010年LED驱动研发计划,并合作实施。

企业将在原有联盟经费承诺的基础上,就已经制定的新的合作项目给予不少于45万元的科研经费投入。如有新的项目需求,将进一步增加科研投入。

根据企业目前的研发需求与能力,企业研发人员将主要利用应用技术学院实验室设备开展技术研发。2012年,企业将与应用技术学院共同在九高松江基地建设LED驱动与控制技术研发中心,以及大学生实习基地。

研发单位定期到企业为科技人员开展培训;在项目开发过程中企业培养科技人员参与到研制过程,共同开发项目。研发单位项目负责人所带研究生安排在企业实习,通过研究生的培养过程共同合作。

上海应用技术学院将LED驱动器新产品用在了九高公司改进与定型LED日光灯、筒灯驱动电源设计技术。双方共同申报上海市科委2010年度“科技创新行动计划”光电子与半导体照明专项“LED照明技术在外滩建筑群中的示范应用”项目,该项目已经获批。应用技术学院在该项目中将承担大功率LED驱动与控制装置的研发。

九高公司聘请上海应用技术学院教授担任公司总工程师,负责公司新产品研发工作。

  • 1、项目的成熟度:第1型产品(4千多套)从2009年开发成功后已应用在了:

(1)LED迷你条形投光灯,已应用在上海豫园商场景观照明中,也批量应用在世博会主题馆和沪上生态家项目中,取得了很好的效果,正在申请外观设计专利,专利申请号为2010301003796。

(2)LED迷你骑瓦灯,已应用在上海豫园商场和扬州瘦西湖景观照明中,以及世博会沪上生态家项目中,取得了很好的效果。正在申请外观设计专利,专利申请号为2010301004055;实用新型专利,专利申请号201020100613X。

(3)LED点状灯,已应用在上海豫园商场和扬州瘦西湖景观照明中,取得很好的效果。正在申请外观设计专利,专利申请号为2010301004017。

(4)交流输入LED恒流驱动电源,已应用在上海豫园商场和扬州瘦西湖景观照明中,以及在世博会沪上生态家项目中为其他LED灯具供电,取得了很好的效果。

(5)直流输入LED恒流驱动电源,已应用在上海和平饭店灯光改造工程和世博会上海案例“沪上生态家”工程中,取得很好的效果。

  • 2、研究生参与项目研发:

项目组共有4位研究生参与了项目的研发,他们参与了系统的设计、线路板的制作、线路焊接和调试。经过实际项目的开发,锻炼了他们,使他们健康成长。其中一位葛翔今年毕业,鉴于他的表现学校破例让他留在上海应用技术学院任教(学校规定博士生才有资格留校任教)。

  • 3、用本项目经费为单位实验室添置了实验设备:

(1)功率分析仪、1套、6800元

(2)多功能环保型制板系统、1套、39800元

  • 4、发表与项目相关的论文(时间、论文名称、刊物名称):

(1)2010.9. 一款10W白光LED驱动电路的设计. FCC2010国际会议

(2)2009.11. 双馈感应风力发电系统的自适应无源性控制方法研究.太阳能学报

(3)2009.06. Principle of Time-invariant Loss-less Resistor and Its Application in Electric Power System. 4ST EEE Conference on Industrial Electronics and Applications

  • 5、取得与项目相关的专利(专利类型、名称、专利号、时间、申请号或授权号):

(1)一种基于热电效应的双金属太阳能电池制作方法(ZL200810036728.4)

(2)LED条形投光灯(2010301003796)

(3)一种用于古建筑的照明灯(201020100613.X)

(4)LED点状灯(2010301004017)

(5)迷你投射灯(2010301004055)

该项目研发的LED驱动器所配套的LED灯具是九高公司2010年以及今后向市场推广的主要产品的重要部件之一。产品已经开始批量生产,并在重大项目中获得成功应用。国家已经将LED照明产业列为“十二五”发展的战略性产业。伴随国家节能减排战略的不断推进,以及LED照明技术的发展与成本下降,该产业的市场规模将得到迅猛增长.

LED驱动是LED照明产品的核心部件之一,其性能直接关系到LED灯具的节能效率和整灯寿命,而目前LED灯具的整灯寿命的短板就是驱动部件。该项目的成功研发与批量生产,解决了LED灯具中驱动电源寿命短板的现象,将极大地提高九高公司在LED灯具应用领域的市场地位。目前,在现有产品的基础上,正在进一步实现产品系列化,以帮助企业拓展新的应用领域。随着产品批量的增加,产品成本将不断下降,市场潜力非常大。此外,九高也将研发的LED驱动电源作为独立产品销售,与其他企业的LED灯具配套。因此,此产品的成功研发,对LED产业的发展具有积极的推动作用。

该项目通过产学研合作,完成了项目预期目标,产品获得了市场认可,企业也取得了很好的效益,合作双方都有意愿进一步建立长期的合作关系。通过此项目的实施,我们的体会是产学研合作,企业根据其市场需求以及自身能力提出产学研需求,通过科促会平台,寻求可以解决其难题的研究机构和团队,在科促会
组织与资助下进行产学研合作,其双方选择模式,目标明确,因此效果也非常明显。

实际上,九高公司曾经历的困境,是我国广大中小企业的普遍遭遇。由于信息不对称,中小企业在产品开发、技术升级等过程中面临困难,又无力解决;而高校、科研院所的大量科研成果长期被冷落。据统计,目前我国的科技成果转化率不到10%。

九高公司总经理坦言,和大型的国企、外企相比,“九高”和外界接触得比较少,寻找科研单位合作研发存在困难,和大型国企、外企竞争技术、资金时,民营中小企业显然处于下风,要开发高新技术、新产品,经常是力不从心。

一个基本的共识是:在科技成果转化为现实生产力的研究、孵化、转化、产业化等环节中,需要企业、社会中介、金融界等共同介入的“转化”环节是一大“瓶颈”。

发起“联盟计划”的上海科促会有着促进科技成果转化的独特优势。这家民间社团组织的秘书长说,科促会立足于人民政协,后者具有联系面广、人才荟萃、信息丰富、地位超脱的特点,科促会的“红娘”角色,前景广阔。
据统计,截至2011年,“联盟计划”先后接受企业各类技术难题资助项目达296项。“联盟计划”已有相当的公信力,有些企业还以此为“金字招牌”,进一步向科技部门申请各类创新基金。”

在科技成果转化中,单靠政府的渠道是远远不够的,必须调动社团组织等各种社会资源。随着政府职能转变力度的加大,上海科促会这类民间社团的“红娘”作用将越来越大。