LED驅動(dòng)器與功率芯片發(fā)展趨勢

　　散熱或光衰問(wèn)題

　　很多LED企業(yè)認為芯片、散熱器是LED壽命的根源，卻沒(méi)有注意到LED電源驅動(dòng)導致的光衰問(wèn)題，致使消費者買(mǎi)回去兩年不到就變得跟蠟燭一樣。那么如何更好地解決散熱或光衰等方面的問(wèn)題?

　　聚積的何宜叡認為，LED芯片本體對壽命的推算，通常由光衰的程度來(lái)決定(例如:有些估算方式為光衰達30%或50%)。光衰的程度取決于某一溫度下的光衰系數與加電時(shí)間，而兩者之間又帶有指數型的關(guān)系。因此當溫度上升過(guò)高時(shí)，光衰速度急劇增加，會(huì )導致LED芯片壽命大幅衰減。

　　另外，電源驅動(dòng)端輸出電流紋波過(guò)大時(shí)，也可能對LED芯片壽命產(chǎn)生明顯影響。電源驅動(dòng)器設計要能夠在滿(mǎn)足高效率甚至高PF(功率因數)值后，仍能輸出高穩定度及高精準度的電流十分重要。經(jīng)由選用適合的電源方案可以確保LED芯片壽命在可以控制的范圍內，避免不正常的LED光衰。

　　在驅動(dòng)電源本體中，多數半導體組件可以承受較高的環(huán)境溫度。然而有部分元件如電解電容，壽命條件對環(huán)境溫度有極高的要求。除了在元件選用規格上可以選擇較長(cháng)壽命之規格外，在電路設計上也可以經(jīng)由選用適當的電源方案，獲取較高的電源轉換效率，進(jìn)而降低燈具內電路熱能堆積。

　　Fairchild的Donghye Cho給出的更好地解決散熱或光衰等問(wèn)題的辦法是，采用余量控制的線(xiàn)性平衡技術(shù)?金屬芯PCB是減少驅動(dòng)電路所產(chǎn)生熱量的良好替代方法，否則，正向電壓可能會(huì )隨著(zhù)溫度而變化。在某些情況下，也可以考慮采用溫度補償電路來(lái)減少發(fā)熱問(wèn)題。

　　“壽命”的定義隨著(zhù)行業(yè)的不同而變化，半導體器件的有用壽命定義為發(fā)光水平較其原值衰減50%的時(shí)間。對于照明行業(yè)，特定燈泡類(lèi)型的平均壽命則是50%的這類(lèi)燈泡的壽命點(diǎn)。LED的壽命取決于其封裝配置、驅動(dòng)電流以及工作環(huán)境。較高的環(huán)境溫度會(huì )大大縮短LED的壽命。

　　為了減少光衰，在應用電路的設計方面必須提高功率因數和精確連續電流控制。

　　安森美的鄭宗前指出，LED照明設計的重要挑戰包括管理溫度及排熱或散熱，從而保持LED的工作溫度低于它們的結溫。實(shí)際上，LED從基底發(fā)光。LED在產(chǎn)生光的過(guò)程中，也會(huì )產(chǎn)生熱量，且這熱量會(huì )使LED的結溫度升高。由于LED是半導體器件，因此跟任何半導體器件一樣，LED工作溫度低于其150℃的最大結溫度非常重要。更確切地說(shuō)，建議LED工作溫度始終低于100℃;一旦高于100℃，LED的可靠性可能會(huì )受到影響。要解決好散熱問(wèn)題，需要提升驅動(dòng)電源的轉換能效和應用更高光效的LED，采用提供強固熱故障保護性能的LED驅動(dòng)芯片和散熱性能更好的驅動(dòng)芯片封裝，以及散熱性能更好的LED基板等。

　　要延長(cháng)LED壽命，除了散熱問(wèn)題，還須應對潛在的靜電放電(ESD)損傷問(wèn)題 。在LED模塊封裝中集成ESD保護是一種適合的解決方案。ESD保護可以應用為L(cháng)ED發(fā)射器裸片旁邊的額外裸片，或在更緊湊的布局中用作上面粘接LED發(fā)射器裸片的次級貼裝(submount)，參見(jiàn)圖6。

　　普誠蕭恩煦稱(chēng)，驅動(dòng)電源與LED壽命的不匹配，是目前LED燈具壽命降低的一個(gè)因素。目前照明上的LED電源仍多采用電解電容，線(xiàn)路較為復雜，外圍元件較多，使整體燈具的壽命大打折扣。在LED燈泡的照明領(lǐng)域，未來(lái)的驅動(dòng)方案將以無(wú)電解電容、驅動(dòng)芯片高度集成化為主流。同時(shí)，驅動(dòng)芯片需解決自身以及所控制器件的發(fā)熱問(wèn)題，這也是燈具熱源不可忽略的一部分。

　　全彩LED顯示屏及標牌

　　去年上海世博會(huì )一共用了十億顆LED，其中絕大部分用于RGB(紅綠藍)三色LED組成的燈外墻顯示，例如中國館的清明上河圖。

　　奧地利微電子消費與通信部平板光源業(yè)務(wù)市場(chǎng)經(jīng)理Markus Luidolt稱(chēng)，用于戶(hù)外顯示屏背光等苛刻應用的壽命長(cháng)達10萬(wàn)小時(shí)的LED已開(kāi)發(fā)出來(lái)。

　　賽迪的張曉康具體分析指出，在LED顯示屏驅動(dòng)芯片領(lǐng)域，全彩LED顯示屏所用的恒流驅動(dòng)IC將會(huì )成為市場(chǎng)競爭的主要戰場(chǎng)，能夠滿(mǎn)足LED顯示更高均勻性與可靠性，集成度更高，功能更加豐富、成本更加低廉的LED顯示屏驅動(dòng)IC已成為目前乃至未來(lái)產(chǎn)品研發(fā)和市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)。

　　近日，TI推出一款帶 4 通道分組式延遲的串行控制 16 通道恒流LED 驅動(dòng)器——TLC59282。TI中國區電源產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展工程師吳濤詳細解釋了該產(chǎn)品推出的種種考慮。因為目前16通道是整個(gè)市場(chǎng)的趨勢，也不排除8或24通道的芯片，但8和24更多是針對一些特殊應用和某些客戶(hù)的芯片。此次發(fā)布的TLC59282芯片支持的電流范圍是2~45mA，其中數字2和45都很重要。2意味著(zhù)它支持每通道最低2mA，這有什么好處呢?現在LED顯示屏分普通和高亮LED。對于普通LED顯示屏，其驅動(dòng)電流一般是15~20mA。高亮LED雖然貴一些，但可以把驅動(dòng)電流降下來(lái)，比如可以在8mA或5mA的工作電流就使LED顯示屏達到同樣的亮度。如果LED驅動(dòng)器最少支持的電流也是5mA，它穩流的精度和長(cháng)期使用的壽命都會(huì )有缺陷。通常我們要給指標留一些余量。對一個(gè)5mA應用來(lái)講，通常LED驅動(dòng)器要保持3~4mA才可以保證5mA能有很好的應用。因此，2mA為什么重要?因為它可以支持高亮LED。另外，普通LED在白天用時(shí)，由于有日照，把LED燈打得很亮才能看得清;但晚上可以把LED燈電流顯著(zhù)降下來(lái)。所以正常使用15mA的時(shí)候，到了晚上可能只需要5mA或8mA電流。還有，對于一些低灰度畫(huà)面，可能需要更低的電流，比如顯示人穿著(zhù)灰色西裝，要LED開(kāi)很短的時(shí)間，或者讓LED亮度很低，低電流就能保證低灰度時(shí)LED的使用。

　　45mA主要針對LED需要大電流的時(shí)候。如果LED顯示的是靜態(tài)屏，那么一個(gè)通道接一顆燈，LED的電流是15~20mA。如果是掃描屏，一個(gè)通道一共有4個(gè)燈接上，通過(guò)MOS管做切換，這時(shí)需要把LED燈的電流拉上去，即在某些應用上，LED燈需要40~50mA的驅動(dòng)電流才能正常工作。所以針對靜態(tài)顯示屏，LED工作電流15~20mA就夠了，但掃描屏需要30~40mA的電流。

　　因此，2mA的好處是可以滿(mǎn)足低灰度高亮度小電流的LED的顯示需要，45mA可以滿(mǎn)足掃描屏的需要。