半导体照明产品规格接口总结报告.pdf

项目一 项目一 半导体照明产品规格接口 半导体照明产品规格接口 半导体照明联合创新国家重点实验室 半导体照明联合创新国家重点实验室 第一批共性平台项目第一批共性平台项目2012 年12 月 22 日目录目录1.项目背景.12.项目目标.13.研究内容.23.1 组织形式.23.2 项目总进展.23.3 工作组进展.43.3.1 路灯隧道灯工作组.43.3.2 筒灯工作组.63.3.3 射灯工作组.73.3.4 测试组.84.项目成果.104.1 成果汇总.104.2 项目成果分析.105.项目展望.136.附录.1411.项目背景项目背景LED 光源的多样性和灵活性，为下游的应用产品提供了广阔的设计空间；同时因照明应用场景的多样化，形成了各种各样的应用需求，即使在相同的应用 场景，也存在非常丰富的个性化要求。这就产生了LED应用过程中多样化、个 性化需求与大规模制造的矛盾，而接口不统一以及规格不一致等，又造成了大规 模制造难组织、客户需求难满足或反应速度慢、市场推广成本高、客户接受度难 提升、后期维护困难、维护成本高、部分器件失效导致整体失效等一系列问题。为实现 LED 产品零部件的标准化，产品的通用性、互换性，维修的便利性，市场的规范化，生产的规模化以及成本的降低等目标，本项目将开发相应的光、机、电、热、通讯等规格接口，制定标准，实现不同制造商产品间的兼容和零部 件互换。2.项目目标项目目标 项目的总体目标为：完成LED射灯、筒灯、路灯、隧道灯模块规格的研究 和定义，制定 4 项接口模块化产品的技术规范及检测方法。标准的内容为开发照明产品或系统的光、机、电、热、控制的界面规格和测 量规范。接口要求的标准主要包括适用范围、引用文件、术语和定义、一般技术 要求、接口要求、标记等。标准内容中接口要求主要包括：光度参数，如出光面 位置、尺寸与面积，光通量规格，光分布曲线，色温，显色指数等；机械界面，如各类连接固定界面的位置、尺寸、方式以及涉及安规的结构要求等；电学参数，如输入输出的电压、电流以及频率规格参数、连接的方式、位置、调光控制协议、控制接口等；热界面，如热沉与LED光源模块接触面的形状、尺寸及面积、接 触面扩散热阻的规格、要求等；控制界面，如接口标准、通讯协议等。LED 照明产品规格接口重点研究保证 LED 模组保证替换性技术要素及相关 测试参数与测试方法、控制电路技术、光学配光技术、灯具散热技术、机械接口 技术、大规模制造技术、降成本措施等，综合光、机、电、热、控制等方面开展LED 照明产品的研究，寻找出拥有优势的技术路线，开发出具有国际竞争力的 可替换 LED 模组接口方案。23.研究内容研究内容3.1 组织形式组织形式 项目的组织方式为成立“半导体照明产品规格与接口”技术组、工作组。针 对不同的细分市场，以及具体应用对象和产品，由实验室会员企业牵头成立单个 工作组，以会议、邮件、电话等形式和实验室各成员交流沟通，以形成符合产业 要求的标准，会议结果在会后以会议纪要的形式发送各成员单位。技术组的主要任务为项目相关的共性技术支撑，包括 Zhaga 标准的研读、国 际大厂 benchmark 样品的测试、汇集各企业和专家的技术建议、主持召开工作组 技术研讨、形成会议纪要、标准的撰写、专利的申请、测试平台的搭建等工作。工作组牵头单位参与标准框架和内容的起草，规范内容的讨论，相关技术产 品的开发、样品制作与改进、测试等，实验室会员参与讨论、制作样品、反馈意 见，形成标准或技术文件，提交CSA大范围的征求意见，包括非实验室会员，最终由 CSA 统一发布为联盟标准。技术组的主要人员汇集如下（排名不分先后）：周详、高伟、郑成龙、于勇、潘猛、康鸿博、郑子豪、张铁黎、田晓改、王伟霞、吝凯、郭金霞、季永康、李 福生、姚然、赵丽霞、裴艳荣、刘莉莉、鲁春朋、辛迪、毛昭琪、郭成等。路灯工作组牵头单位为北京朗波尔，隧道灯工作组牵头单位为宁波燎原，筒 灯工作组牵头单位为山西光宇，射灯工作组牵头单位为四川九洲，主要参与的负 责人分别为马达、陈海军、许敏、朱庆山，因对此项目参加讨论、给出建议的工 作人员较多，这里不一一陈述。对参与和支持过此项目的技术人员表示感谢！3.2 项目总进展项目总进展3.2.1 会议召开汇总表会议召开汇总表2011年11月至2012年3月，以研究Zhaga和国际大厂的benchmark样品 为主；2012 年 4 月至 2012年 9 月，四个工作组分别发出调研问卷，根据返回意 见，以讨论形成工作组设计样品及规范的基本工作思路，展开工作组工作。因项目需汇集各企业意见及建议，召开各种形式的会议较多，会议包括Skype、现场等共计召开 20 余次，如下表所示。3表 1 会议召开汇总表No.时间 形式 人员 会议主要内容12011 年 11 月 25 日Skype田晓改做 Zhagabook2 报告，技 术组学习22011 年 12 月5 日SkypeZhagabook26 报告、分析32011 年 12 月 12 日SkypeZhagabook 中光机电热接口分 类讨论42011 年 12 月 19 日Skype测试、电源、热学方面研讨52011 年 12 月 28 日 雷士上海 技术组前期 book 研究总结会62012 年 1月 12 日Skype模组光学、机械、连接件设计分 析72012 年 2月 7 日SkypeZhaga 专利、benchmark 样品购 买与测试、符合 Zhagabook 样品 制作82012 年 3月 24 日 北京 周详、高伟、田晓改、裴艳 荣、王伟霞、鲁春朋、辛 迪、季永康、郭金霞、吝 凯、郭成、毛 昭琪、姚然、李福生等 项目一 Zhaga、benchmark 研讨 会，全面开启工作组工作92012 年 4月 10 日 雷士上海 企业 3 家现 场、6家skype参会 筒灯工作组会议，光宇制作筒灯 工作组第一个样品102012 年 4月 12 日 九洲深圳 企业 5 家现 场、2家skype参会 射灯工作组确定以替代灯具为 目标，四种设计方案112012 年 4月 20 日Skype控制装置、电气接口研讨122012 年 5月 11 日 北京5 家研究机 构、15 家企 业的 40 余人 参会 路灯技术规范草稿写出，射灯第 一批样品制作完成132012 年 6月 11 日 广州威斯 汀7 家企业参 会 以接口为主的技术规范形成，路 灯隧道灯规范讨论会142012 年 6月 12 日 九洲深圳7 家企业参 会 射灯工作组确定锁环式方案152012 年 7月 3 日 北京10 余家企 业，章海骢、窦林平等参 会 朗波尔第一个路灯模组样品形 成162012 年 7月 17 日 九洲深圳4 家企业代 表、小组成 员、联盟代表 参会 筒灯工作组 3 种方案对比，射灯工作组锁环式方案进一步 改进172012 年 7月 2325日 常州10 余家企业 参会 路灯隧道灯联合设计讨论会，形 成路灯隧道灯接口基本方案43.2.2 竞争对手分析竞争对手分析 项目组从2011年11月至2012年3月，对Zhaga和国际大厂的benchmark样品进行研究，希望在研究过程中找出适合我们的设计路线。技术组在项目第一 阶段召开了多次会议，对 zhaga 及国际大厂benchmark 样品进行探讨及分析，总 结资料、测量数据及技术实现路线分析汇总形成此总报告的附件 1，其中包括Zhagabook 解读，光、机、电、热四个接口的专题报告，benchmark 样品测试报 告等。3.3工作组进展工作组进展 在前期工作基础上，工作组从今年 4 月份开始进行标准的编写及模组的开发 设计工作，路灯隧道灯工作组、筒灯工作组、射灯工作组及测试组等共同设计半 导体照明规格接口，以下为各组具体实施情况。3.3.1 路灯隧道灯工作组路灯隧道灯工作组 路灯、隧道灯工作组关于路灯、隧道灯的调研问卷分别在 2012 年的2 月 24日、4 月 11 日发出，之后汇集各企业意见，于5 月 11 日形成标准初稿。之后，为加快项目进度，全面征求技术人员意见，在7月2527日召开SKL联合设计 会。此次会议主要涉及以下内容：模组尺寸、光通量、配光光型、安装方式、LED 模组输入电压电流要求、电子连接器、控制装置安装及防尘防水要求等。设计过程中遇到以下问题：a：机械尺寸制定遇到的问题：发光面的大小能否 满足光学要求？LED 如何排列？散热是否能够达到要求？如果控制成本？b：安 装时从工程及安全角度考虑的问题，从上向下还是从下向上安装？采用锁螺丝还182012 年 8月 28 日 九洲深圳10 余家企业 参会 射灯工作组发光面尺寸讨论会192012 年 9月 20 日 常州10 余家企 业、行业专家 参会 路灯隧道灯技术规范专家评审 会会202012 年 11 月4 日 广州10 余家企业 参会 共性项目研讨会212012 年 11 月 20 日 北京 行业专家及 科技部领导 参会 技术规范专家评审会5是卡扣方式安装？灯具内部如何布线？针对以上问题，技术人员现场进行了画图、计算、测试等工作。结构及热学 工程师进行软件模拟；实验室人员针对样品进行实际测试，专家参与讨论，最终 形成各方接受的基本解决方案。3.3.1.1 电子连接器电子连接器 对于电子连接器，SKL 技术人员调研了国内知名的生产厂商，并选定乔合 里、信音电子、睿玛科进行厂商的走访考察，并对各技术细节作出对比列表。之 后，三家厂商对SKL会员企业进行电子连接器的送样，方便对其性能、设计等 进行筛选评估。在三款电子连接器中，宁波燎原、万润、雷曼、九洲等均选定了 乔合里电子连接器的设计方案。为保证连接器的质量，实验室技术人员对产品进行第三方实验验证产品性 能。按照 IEC364 电子连接器检测规范，主要检测项目包括：额定电流、接触电 阻、绝缘电阻、耐电压、插拔力、插拔寿命、瞬断、温度循环、潮湿、盐雾、可 焊性、IPX7、紫外辐射，连接器的样品各检测项目均符合标准要求。项目组最终选定乔合里的一款连接器，在保留其优点的基础上对其结构进行 修改，使之成为接口的标准。电子连接器的分技术报告见附件 2。3.3.1.2 企业样品制作企业样品制作 按照路灯隧道灯的基本方案，各联合企业设计路灯隧道灯手板。厦门华联、国星光电、山西光宇、宁波燎原、深圳万润、深圳洲明、四川九 洲等企业参与送样。图 1 路灯/隧道灯样品 实验室与十三所合作，对以上送样产品进行测试，同时协助测试组进行测试 标准的编写。送样产品可以实现结构上的互换，同时满足安全及性能要求。63.3.1.3 标准修改及评审标准修改及评审LED 照明应用接口要求第二部分路灯隧道灯的内容在实验室内部广泛的征 求意见，并与 2012年 9月 20 日、11月 20 日召开了标准专家评审会，其征求意 见稿的文本附件 3。3.3.2 筒灯工作组筒灯工作组 筒灯工作组的问卷调研于2011年12月向SKL企业发出，开始工作较早，牵头单位山西光宇在工作组工作开展的形式方面做出了积极的探索。筒灯工作技 术报告见附件 2，形成的联盟标准草案见附件3。3.3.2.1光学设计1、为保证模组的替代性、实用性，调研了市场上的传统筒灯和 LED 筒灯，并进行了光通量分布；2、调研市场上的 LED 光源，绘制灯板，并制作手板来验证发光面尺寸；3、为保证模组更加实用，更为广泛的替换，定义了光通量等级、发光面 尺寸。3.3.2.2 机械设计1、为保证模组的替换性，联盟厂商设计了5款筒灯模组：插针式方案、旋转式方案、倒扣式方案、内凹 PCB 式、二次旋转式；2、为保证模组的实用性，和企业一同对射灯模组进行优化，设计 了一款内凹铜柱式方案；3、为保证模组更加实用，更为广泛的替换，定义了射灯模组的相关机械 尺寸。3.3.2.3 电气设计1、为保证模组安装互换的便捷性，选用了旋转式铜柱电接触和插针接线 的方式进行电气连接；2、调研了市场上的各种电气连接方式：螺口、插头、插针、铜导柱等连 接方式；3、为保证模组更加实用，更为广泛的替换，定义了筒灯模组的电气连接 件的机械尺寸和电气性能参数。3.3.2.4 热学设计71、为保证模组设计的可行性，做了大量的热模拟；2、为保证模组的替换性，定义了散热器和模组的热阻检测规范，并搭建 了热阻检测设备；3、为保证模组更加实用，更为广泛的替换，定义了模组互换性的 热学要求。3.3.2.5 会议开展2012 年 4月 10 号，在上海雷士，筒灯工作组会议；2012 年 7月 17 号，在深圳九洲，筒灯方案评审会议；2012 年 8月 28 号，在深圳九洲，筒灯发光面尺寸讨论会议；2012 年 11 月4 号，在广州，筒灯研讨会议。3.3.2.6 工作成果1、联合优化设计了一款合格的筒灯模组；2、申请了七项专利；3、具备了光、机、电、热的检测能力；4、撰写了 LED 筒灯模组应用接口要求。3.3.3 射灯工作组射灯工作组 射灯工作组的问卷调研于2012年3月31日向SKL企业发出，牵头单位九 洲在问卷返回的基础之上，形成以替换射灯灯具的技术路线。射灯工作技术报告 见附件 2，形成的联盟标准草案见附件 3。3.3.3.1光学设计1、为保证模组的替代性、实用性，调研了市场上的传统射灯和 LED 射灯，并进行了光通量分布；2、调研市场上的 LED 光源和透镜尺寸，绘制灯板，并制作手板来验证发 光面尺寸；3、为保证模组更加实用，更为广泛的替换，定义了光通量等级、发光面 尺寸。3.3.3.2 机械设计1、为保证模组的替换性，联盟厂商设计了一款射灯模组；2、为保证模组的实用性，和企业一同对射灯模组进行优化设计；83、为保证模组更加实用，更为广泛的替换，定义了射灯模组的相关机械 尺寸。3.3.3.3 电气设计1、为保证模组安装互换的便捷性，选用了电气接插件进行电气连接；2、调研了市场上的三种主流接插件：板对线、空中对接、板对板，选用 了板对线的连接方式；3、为保证模组更加实用，更为广泛的替换，定义了射灯模组的电气接插 件的机械尺寸和电气性能参数。3.3.3.4 热学设计1、为保证模组设计的可行性，做了大量的热模拟；2、为保证模组的替换性，定义了散热器和模组的热阻检测规范，并搭建 了热阻检测设备；3、为保证模组更加实用，更为广泛的替换，定义了模组互换性的热学要 求。3.3.3.5 会议开展2012 年 4月 12 号，在深圳九洲，射灯工作组会议；2012 年 4月 20 号，SKYPE，射灯工作组之电气接口研讨会议；2012 年 7月 17 号，在深圳九洲，射灯方案评审会议；2012 年 8月 28 号，在深圳九洲，射灯发光面尺寸讨论会议；2012 年 11 月4 号，在广州，射灯研讨会议。3.3.3.6 工作成果1、联合优化设计了一款合格的射灯模组；2、申请了四项专利；3、具备了光、机、电、热的检测能力；4、撰写了 LED 射灯模组应用接口要求。3.3.4 测试组测试组 在前期对 zhaga 大量研究测试基础上，测试组从 8 月份开始针对现有路灯/隧道灯接口技术规范及 zhaga 筒灯/射灯接口要求开始进行测试标准编写及测试 设备搭建工作。半导体照明联合创新国家重点实验室与电子十三所合作，共同开9展测试组工作。测试 项目组预计完成以下目标：1）半导体照明规格接口测试规范：路灯/隧道灯、筒灯/射灯 2）测试设备搭建（主要在电子十三所完成，常州实验室负责设备选型）3.3.4.1 测试规范编写 标准路灯/隧道灯模组的测试国标中大多可以找到依据，但是筒灯/射灯模组 测试则不然，所以项目组将工作重点放在筒灯/射灯模组的合规性测试上。通过 前期对现有模组进行测试，项目组总结出测试方案如下：符合性测试对象分为三个部分，分别为：LED 模组测试、holder 测试、灯具 测试，测试内容涉及光机电热界面的测试。测试涉及的三个难点如下述，实验室正在寻找相应的解决办法。（1）亮度均匀性测试 现已确定测试设备，并找到测试解决办法。（2）热接口测试 设备已基本搭建完成，但个别夹具的选定仍存在问题，正在通过试验寻找解 决办法。下图为目前热测试设备搭建情况。图 2 热接口测试设备（3）热接触面力的测试 正在与中国计量院相关专家联系，制作模组力测试设备。到目前为止项目组完成情况如下：a、热接口测试设备已经初步搭建完成，正在 进行热测试试验。b、已完成测试规范初稿的编写，还在进一步修改中。c、与十 三所合作共同搭建合规性测试设备，预计 13 年三月末全部搭建完成。104.项目成果项目成果4.1成果汇总成果汇总 表 2 成果列表4.2 项目成果分析项目成果分析4.2.1 路灯隧道灯模组接口规格化路灯隧道灯模组接口规格化 模组化的LED路灯/隧道灯是LED照明应用行业的重要发展趋势。项目组 在大量的调研、意见汇总讨论之后提出了一种详细、可行的技术实现方案。接口 的规格化，实现控制装置、LED 模组可替换的意义主要有以下几点：（1）开启 LED 照明规模市场 不同厂家生产的灯具不同的规格和接口，当产品出现部分失效时，需整体更 序号 类别 附件编号 名称1总报告 半导体照明产品规格接口 2012 年总结报告2PPT附件 1Zhagabook(26)，光学、热学、机械、测试专题报告3路灯隧道灯电气接口研发报告4规格接口筒灯技术报告5技术 报告 附件 2射灯模组研发设计报告6半导体照明应用接口要求：自散热、控制装置外置式LED 模组的路灯隧道灯7室内 LED 照明用外置式恒流控制装置接口要求8半导体照明应用接口要求：筒灯9半导体照明应用接口要求：射灯10半导体照明应用接口要求：总论11标准 草案 附件 3半导体照明应用接口测试方法筒灯/射灯、路灯/隧道灯12专利 附件 4项目一专利申请汇总11换，维修难度高。而照明产品更新换代快，原有同样的整灯可能已没有库存，不 同外形的灯具亦带来道路灯具的整体不协调性。质量保证、消费绑架、生产厂商 可信度等消费者的顾虑多，市场难推广。可替换的LED模组、控制装置带来产 品可选度高、易维护等，树立消费者信心，开启规模应用。（2）降低研发成本与研发周期 传统压铸灯体开模周期最短在45天，模具费在35万到80多万不等，而模 组化灯具中模组的开模周期在 714 天，总开模费用可控制在 20 万以内。模组化 的灯具可大大降低直接的研发成本和周期。在光机电热等接口统一后，新产品局部的技术更新，可继续应用旧产品的标 准化部件，新产品研发时间缩短且产品更新换代衔接性好。（3）提高研发进度，增加产业整体协调性 模组化产品接口统一后，有利于研发团队专业的管理开发，局部核心技术与 系统集成协调并行，产业的上中下游协调性增加。标准化有利于企业产品设计规 范文件的成型和技术基础的奠基，降低高端人才的人力成本，避免研发人员的变 动带来项目的周期延误，同时局部的技术进步可快速应用于产品的开发和投入使 用，增加技术快速进步与规模制造的协调性。（4）降低库存压力、节约资源，形成产业持续发展的良性循环 新产品的推出，带来元器件、原料、半成型产品、销售产品等新的库存，对 企业来讲，一种新的产品类型，意味着增加了此产品 46 个月销售额的库存压力。旧产品在新产品的冲击下，竞争力必然会下降，带来旧产品库存的积压与浪费。LED 企业在库存压力下，流动资金减少，灵活性差。接口统一的模组化产品，新旧产品库存的衔接性好，可形成良性的循环，减少资源的浪费，企业的竞争力 提高。4.2.2SKL方案与方案与zhaga方案的区别方案的区别4.2.2.1 路灯隧道灯方案路灯隧道灯方案Zhaga方案主要基于Philip一家企业的产品，不同厂家之间的兼容性低，对 散热、配光等技术水平要求高，并且电气接口没有规定，最终形成的灯具不易直 接更换；SKL 路灯隧道灯方案主要基于国内企业的生产水平和技术实现方式，未来可形成各种不同企业的产品的互换，不同封装方式（COB、单颗等）模组的12互换，技术更新时新旧产品的更换。表 3 路灯/隧道灯 SKL 方案与 zhaga 方案对比表 类别 SKL 方案 Zhaga 方案 路灯 隧道灯 更换便 利性 客户可自行更换 客户不可自行更换 机械 接口 可螺丝、卡扣安装，结构尺寸相 对较大 300mm*70mm，200mm*150mm 螺丝安装，最大尺寸 110mm*30.5mm 光学 接口 光通固定，含二次配光，不同组 合即可符合照明要求 不含二次配光 电气 接口 定义电参数，控制装置可更换 电气无要求，接口不可更换 热学 接口 含散热装置 不含散热，小尺寸大光通输 出，散热要求高4.2.2.2 筒灯方案筒灯方案Zhagabook2 筒灯方案基于 Philip与BJB联合推出的 FortimoTwistable 产 品，可直接连接市电，即电子控制装置内置，模组点接触的电连接方式，技术实 现形式对国内企业要求高，模组的成本高，很难打开市场。SKL 方案采取了易 实现的控制装置外置式的方案，支架结构简单，成本相对低。表 4 筒灯 SKL 方案与zhaga 方案对比表 SKL 方案 Zhaga 方案13筒灯 机械接口 结构简单，成本低 结构复杂、器件零散、成本高、不易运输 电气接口 控制装置外置，含电参数要求，控制装置可更换 控制装置内置，电接触方式国 内厂商做不了 光学接口 国内企业，光通量最高可做到 5000lm 驱动内置，最高光通量只做到 1100lm4.2.2.3 射灯方案射灯方案 Zhaga 不同规范中可用于射灯的模组较多，规范要求主要以不同厂商的样 品为原型进行要求，如 OSRAMs PrevaLED family，Helieon sustainable light module，Toshiba ECore LED GX53 等，其他的国际大厂可用于射灯的模 组包括 Philips Fortimo LED SLM system,GE Infusion。这些方案在国内的适 用性未知，而 SKL 的方案结构简单，按照灯具要求不同尺寸，驱动外置，自带 配光设计，采用环形滑槽卡脚结构设计，在旋压盖上加上条纹，方便高空安装，而且安装操作人性化。如图 3 所示。图 3 射灯方案5.项目展望项目展望（一）建立 LED 模组和界面接口的综合评价方法 针对编写的接口标准，进行符合性测试，验证互换性。测试内容涉及光通维 持率、可靠与便利安装、模组与散热体的压力（大小、均匀性等）、机械寿命（弹14簧、弹片、受力螺纹等）、材料退化与寿命评价、热压变形、磨损评测、热界面 稳定性与界面材料退化等。（二）对前期项目涉及的模组和规格接口进行改进 将现有规范定义为 1.0 版本，在其之上设计新接口标准，如无散热及光学系 统的路灯及隧道灯模组，不同形式接口的筒灯和射灯模组（三）开发新型 LED 照明产品的模组和规格接口 开发除路灯/隧道灯、筒灯/射灯之外的新型 LED 照明产品模组和规格接口，如平板灯等。6.附录附录