LED照明驅動(dòng)器技術(shù)發(fā)展趨勢

對于中國市場(chǎng),美國國家半導體亞太區市場(chǎng)經(jīng)理黎志遠引用iSuppli公司對中國LED驅動(dòng)器IC市場(chǎng)的預測,在全球經(jīng)濟和電子產(chǎn)業(yè)沉陷衰退之際,中國LED驅動(dòng)器IC市場(chǎng)2009年僅增長(cháng)1%,從2008年的1.153億美元上升到1.16s億美元。但是,2010年增速將會(huì )加快到9.6%,規模將達到1.277億美元。預計2013年中國LED市場(chǎng)將達到1.39億美元。

展望2010年。隨著(zhù)全球景氣逐步回溫,2009年出現衰退的汽車(chē)、通訊用LED驅動(dòng)IC市場(chǎng)可望回穩,工業(yè)/照明用市場(chǎng)亦有2位數成長(cháng)空間,至于信息用、消費性電子用市場(chǎng),則將出現跳躍式成長(cháng),預估2010年全球LED驅動(dòng)IC規模將擴大至34.1億顆,相較2009年的27.0億顆,成長(cháng)幅度達26.0%.

然而,LED驅動(dòng)電源的要求也在不斷提高。pI公司高級產(chǎn)品經(jīng)理BillWeiss認為。LED驅動(dòng)器IC技術(shù)發(fā)展趨勢及特性表現為：高可靠性、高效率、高功率因數、可調光以及體積小。

凹凸(OzMicro)科技(中國)有限公司開(kāi)發(fā)總監李勝泰具體介紹了LED驅動(dòng)器技術(shù)特點(diǎn),他說(shuō)許多廠(chǎng)商的重點(diǎn)是：1.LED發(fā)光效率的增進(jìn)：2.LED模組的散熱管理：良好的散熱處理。無(wú)論對于LED的壽命或演色性皆能提供較佳的狀態(tài);3.轉換效率：基于節能減碳的目的,是否能有效高度利用公用電廠(chǎng)所提供的電力--提升功率因素的轉換亦為重點(diǎn)方向之一：4.產(chǎn)品可靠性：在物料選件及電路設計上多所著(zhù)墨：5.LED背光：在技術(shù)上,使用LED做背光主要面臨的挑戰有：電流匹配在多顆LED串中的應用。包括功耗、保護電路、調光時(shí)的雜訊(Audiblenoiseduringdimming)等。

以下主要介紹LED照明、背光和LED TV方面熱點(diǎn)的技術(shù)市場(chǎng)。

德州儀器的劉學(xué)超說(shuō),LED照明發(fā)展非常迅速,年增長(cháng)率超過(guò)60%,隨著(zhù)LED發(fā)光效率的不斷提升,封裝技術(shù)不斷改進(jìn),驅動(dòng)陸能和壽命的增加,LED照明技術(shù)在未來(lái)5年內會(huì )逐漸進(jìn)入千家萬(wàn)戶(hù)。

02Iviicro李勝泰說(shuō),在世界各國環(huán)保議題日漸重視的趨勢下,LED照明產(chǎn)業(yè)將扮演極重要的角色,其主要應用在于室內、室外照明以及街燈等高功率產(chǎn)品。據悉,2009年全球照明市場(chǎng)約1219億美元,LED僅占0.5%,顯見(jiàn)其未來(lái)潛力之可觀(guān)。其中,以亞太地區的市場(chǎng)規模為最大、約占全球33.7%之比例：居次為北美的30.1%.和歐洲之27.4%:然而。以應用產(chǎn)品來(lái)討論。戶(hù)外照明約占12%,則具有相當大的成長(cháng)空間,尤其以占有全球38%戶(hù)外照明的中國市場(chǎng)為最。此外,值得關(guān)注的部分是,受政府政策及推廣影響較為直接且快速的街燈應用可望成為照明產(chǎn)業(yè)中快速成長(cháng)的第一棒：預估在歐美優(yōu)先領(lǐng)起的趨勢中,2010年全球可達到450萬(wàn)盞LED街燈的水平：并且承于國際加緊節能減碳的腳步,一但路燈標準規格普及,中國市場(chǎng)可望占有世界50%以上的規模。

從LED亮度來(lái)看,大功率LED的光輸出已經(jīng)達到了100流明/w的重要里程碑,同時(shí)有些制造商宣稱(chēng)已經(jīng)在實(shí)驗室中達到了120流明/W.凌力爾特公司電源產(chǎn)品市場(chǎng)總監TonyArmstrong說(shuō),這意味著(zhù),就能效而言,LED現在已經(jīng)超過(guò)了CFL(80流明/w)。不過(guò),據進(jìn)一步預測,到2012年。LED將達到150流明/W的輸出。此外,當前的關(guān)注點(diǎn)全部集中在“綠色”上,與CFL不同,LED不合任何有害材料。

從LED成本看,LED照明的成本一直在快速走低。在過(guò)去12個(gè)月時(shí)間里,專(zhuān)用白光二極管(其中有很多已被LED燈泡所采用并在其成本中占了大部分)的價(jià)格已經(jīng)從幾年前的8美元左右下降至1.50美元。很多LED行業(yè)分析師預測,在未來(lái)一年內,取代白熾燈的LED燈的價(jià)格將達到消費者可以接受的水平。一些LED制造商宣稱(chēng),已經(jīng)設計出能夠驅動(dòng)LED燈的發(fā)光芯片,而且能使LED燈產(chǎn)生可與75W白熾燈媲美的光(美國家庭普遍使用75W白熾燈)。為了輸出這種量級的光,這類(lèi)LED芯片通常需要約12W功率。

照明LED驅動(dòng)器IC的特點(diǎn)

晶豐明源半導體有限公司市場(chǎng)總監顏重光高工語(yǔ)出驚人：目前常見(jiàn)LED光源驅動(dòng)IC都是從通用電源IC借用過(guò)來(lái)的,真正為L(cháng)ED光源設計的驅動(dòng)IC還很少,很多公司都在設計中,預計到2010年中可能會(huì )有不少可應市。目前LED)光源驅動(dòng)的阻容降壓低成本方案是不安全的,CCR只能驅動(dòng)0.5w以下的LED,LDO用穩壓的方法驅動(dòng)對LED光源的壽命不利：DC/DC-恒流源和AC/DC-恒流源可能是目前已知的最理想方案之一。

縱觀(guān)DC LED光源的驅動(dòng)技術(shù),有三類(lèi)驅動(dòng)IC將是發(fā)展趨勢：一類(lèi)是高壓工藝生產(chǎn)的DC/DC Buck,Vin寬至DC60~100V.恒流精度達1%.將能滿(mǎn)足所有直流LED燈具驅動(dòng)的需要,可滿(mǎn)足LED光源多串少并技術(shù)的需要：第二類(lèi)是Ac/DCI的LED燈具需要的應用電路簡(jiǎn)潔、應用成本低、能過(guò)EMI、CE、UL的高效率諧振半橋(LLC)+PFC拓撲結構驅動(dòng)IC第三種是功率因數校正((PFC)+脈寬調控(pwM)兩種平均電流模式控制器組成新的AC/Dc驅動(dòng)IC它們將在新一代LED燈具顯現其強大生命力,以充分發(fā)揮零電壓開(kāi)關(guān)拓撲結構(ZVS)的優(yōu)勢,和滿(mǎn)足LED燈具對PFC(功率因素較正)日益提高的要求,并要求在較低的功率等級(如50 w)時(shí)能提高效率>90%.寬電壓輸入、短路和過(guò)功率保護、開(kāi)路保護、較低的總諧波失真(THD)是基本的要求。

凌力爾特的Tony Armstrong也有相近的觀(guān)點(diǎn),他指出,今天,LED驅動(dòng)器IC關(guān)鍵性能之一是,必須能夠對LED充分調光。因為L(cháng)ED是用恒定電流驅動(dòng)的,其DC電流值與LED亮度成正比,因此要改變LED亮度,有兩種通過(guò)控制LED電流調光的方法。第一種是模擬調光,通過(guò)降低恒定LED電流值。成比例地降低LED DC 電流值。降低LED電流可能導致LED顏色的改變,或對LED電流的控制不準確。第二種是數字調光或PWM調光。PWM調光以等于或高于100Hz的頻率切換LED的通斷,以這樣的頻率切換,人眼察覺(jué)不到。PWM調光占空比與LED亮度成正比,而接通時(shí)的LED電流保持同樣的值(如LED驅動(dòng)器IC定的那樣),從而在高調光比時(shí)保持恒定LED顏色。在某些應用中,這種PWM調光方法可以用來(lái)實(shí)現高達5000:1的調光比。

Diodes公司LED照明部經(jīng)理AllanLin也認為未來(lái)LED驅動(dòng)器技術(shù)的發(fā)展體現在兩個(gè)方面,他說(shuō),第一,離線(xiàn)式高功率因數校正可調光LED驅動(dòng)器可替代鹵素燈、白熾燈和熒光燈;第二。LED驅動(dòng)器能高效替代低壓鹵素燈。以上兩種應用需要為L(cháng)ED提供電能及熱能保護,以增加其耐用性。其他發(fā)展趨勢還包括優(yōu)化驅動(dòng)器以提供最佳功效,并非將電流最大化。

中國作為全球制造商。LED驅動(dòng)器技術(shù)的制造成本及總體BOM(物料清單)成本至關(guān)重要。為此,Diodes的特色是致力于發(fā)展很具成本效益的LED驅動(dòng)器技術(shù)。

LED TV

在三星成功帶起LED TV話(huà)題之后,LED背光應用于電視的趨勢成為備受關(guān)注的焦點(diǎn)之一,預估其滲透率在2010年將有機會(huì )攀升至10%-15%.02,Micro公司李勝泰說(shuō),過(guò)去由于演色性及對比性的考量,直下式背光(Direct Type)一直是LED TV發(fā)展方向的主軸：然而在成本及薄型化設計的優(yōu)勢驅動(dòng)下,側光式(Edge TyVe)背光則漸成主流,占所有LED Tv機種至少93%之比例。并集中在40英寸以上的電視尺寸：因此,針對液晶電視未來(lái)的前景,LED TV將是2010年的發(fā)展主軸之一。LED TV產(chǎn)品現階段定位在高階市場(chǎng),而LED背光應用于液晶電視的崛起,主要考驗之一在于其與CCFL背光之價(jià)差幅度：側邊式背光發(fā)展確實(shí)已經(jīng)大幅拉近此二者之距離,然而之中的挑戰依然存在;據(BPSemi)市場(chǎng)總監悉,2009年第三季度40英寸及46英寸LED背光液晶電視面板與同尺寸CCFL的價(jià)差約為35%.預計至2010年第一季可拉近至30%左右的差距。此外,一臺電視機相較筆記本電腦(NB)之LED用量有數十倍之多;換言之,LED TV的發(fā)展亦同時(shí)受LED產(chǎn)能開(kāi)發(fā)以及價(jià)格之限,未來(lái)若LED芯片的供給持續舒緩,可幫助銷(xiāo)售價(jià)位更接近消費者可接受的范圍時(shí),LED TV將有機會(huì )如現今LED NB的發(fā)展方式較快速成長(cháng)。

背光

Intersil公司認為：TFT(薄膜晶體管)背光等先進(jìn)應用需要一些其他功能,包括PWM調光、DC調光、本地調光、PWM-Dc調光和直接PWM調光。IntersiI稱(chēng)其高功率多通道LED驅動(dòng)器具有很好的調光線(xiàn)性度,可準確地進(jìn)行0.4%-100%的調光,匹配度為±1%.

飛兆半導體技術(shù)市場(chǎng)行銷(xiāo)經(jīng)理Wayne Seto說(shuō)。在中國和全球其它地區,手機LED驅動(dòng)電路正從電荷泵架構轉向串聯(lián)升壓架構。因為后者不僅效率更高,而且能驅動(dòng)更多LBD,從而支持更大顯示屏幕。隨著(zhù)智能手機和較大LED顯示屏不斷普及,驅動(dòng)七個(gè)或更多LED的需求曰益普遍。而最好的方法是通過(guò)串聯(lián)方式驅動(dòng)的LED,使到每個(gè)LED的亮度相同;而由于電荷泵是以并聯(lián)方式驅動(dòng)LED,因而無(wú)論屏幕多小,并聯(lián)通道的電流(即亮度)都會(huì )有某些差異。從七個(gè)以上LED的設計版圖角度來(lái)看,如果采用電荷泵LED驅動(dòng)器,PCB(印制電路板)的版圖會(huì )比較復雜：而采用串聯(lián)升壓LED驅動(dòng)器就簡(jiǎn)單得多。對于注重成本的手機來(lái)說(shuō),線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器是一個(gè)發(fā)展方向,取其電路簡(jiǎn)單,而且易于納入設計。不過(guò),電荷泵方案在成本敏感的產(chǎn)品領(lǐng)域和低中端手機中仍將被廣泛應用。

部分LED驅動(dòng)器供應商特點(diǎn)及產(chǎn)品

凌力爾特的高亮度LED驅動(dòng)器IC具有以下典型特點(diǎn)：寬輸入/輸出電壓范圍：高達100V;高效率轉換：高達95%:嚴格調節的LED電流匹配：在整個(gè)溫度范圍內低于2%等。例如,LT3743是一種同步降壓型DC/DC轉換器、為提供恒定電流以驅動(dòng)大電流LED而設計。新推出的LT3754解決了用白光LED給大型平板顯示屏提供背光照明時(shí)所遇到的驅動(dòng)白光LED設計難題?？捎糜诰哂?6英寸或更大平板顯示屏的高清電視機(HDTV)。

BPSemi(晶豐明源半導體)的LED燈具用驅動(dòng)IC采用了本地振蕩頻率抖動(dòng)的先進(jìn)技術(shù)。大大簡(jiǎn)化了應用電路抗EMI部分。有效地降低了應用成本和PCB板的面積。如BP1360/1的典型應用只需要5個(gè)元器件,廣泛應用于直流LED照明和LCD-TV的側背光。BP2808則是采用恒流補償技術(shù)電流控制專(zhuān)利設計為L(cháng)ED光源提供恒定供電電流,在A(yíng)C85~305V輸入范圍內輸出恒流精度優(yōu)于2%,已經(jīng)成功應用在上海世博會(huì )上海館室內照明。

PI可提供高效的LED驅動(dòng)器電源IC:在所有集成解決方案中具有很低的空載功耗和良好的待機功率性能：是公認的可靠的電源轉換解決方案;集成度很高的解決方案,包括元件數目少,eBOM成本很低,易于設計和通過(guò)認證：全球實(shí)時(shí)的當地技術(shù)支持。PI所推出的三款LED驅動(dòng)器IC決方案可從網(wǎng)頁(yè)上下載。例如使用HiperPLC(PLCSIOPG)設計的150W功率因數校正LLC電源,適合高功率LED路燈。

Oiodes在2008年收購了zetex公司。同時(shí)也掌握了先進(jìn)的Buck LED驅動(dòng)器技術(shù)。Diodes的三大LED驅動(dòng)器技術(shù)包括：Diodes的解決方案很精簡(jiǎn)：只需4個(gè)外部元件,效能表現卻超過(guò)90%;擁有高功率密度的加鉛封裝,其TSOT23-5封裝比競爭對手具備更低的熱阻,可用于最新一代取代傳統電燈的小型電路板LED;擁有完整的解決方案：具有離散式IC成電路能力,可以同時(shí)提供LED驅動(dòng)器以及LED照明解決方案中所需的整流器元件。

德州儀器(TI)擁有一系列LED驅動(dòng)器解決方案,諸如高功率DC/DC升壓LED驅動(dòng)器(TPS61500)、高壓DC/DC升壓轉換器(TPS61 175),及降壓DC/DC轉換器(TPS62110)電源管理芯片。這三款產(chǎn)品可支持高達18v的輸入電壓并具有較小的電壓基準,有助于改進(jìn)LED電路設計。此外,這些低能耗產(chǎn)品具備多種功能,可廣泛應用于指示牌、環(huán)境照明、辦公照明、普通照明、醫療及傳感器等各種LED應用。

Intersil有針對各種應用的一系列LED驅動(dòng)Ic產(chǎn)品線(xiàn),包括汽車(chē)：高端筆記本、POS顯示屏和顯示器背光：手持式產(chǎn)品：通用照明系統。LED驅動(dòng)器可以配置成無(wú)電感白光LED驅動(dòng)器,用于并聯(lián)的LED,或是基于電感的白光LED驅動(dòng)器,這是用于串聯(lián)的LED.拓撲包括升壓穩壓器LED驅動(dòng)器、降壓穩壓器LED驅動(dòng)器,和升降壓LED驅動(dòng)器。對于這些應用。ISL97671.81系列可以在寬范圍肉高效地驅動(dòng)72pc(6通道版本)和48pc(4通道版本)的低功率LED.

美國國家半導體(NS)2006年已是全球最大的LED驅動(dòng)器供應商,市場(chǎng)占有率超過(guò)14%.該公司有一系列的高壓產(chǎn)品工藝,定義是在100V范圍內。這種高壓應用的優(yōu)勢包括高效率,能夠驅動(dòng)多串LED(達到16個(gè)LED),可用于汽車(chē)、工業(yè)照明、建筑照明。2009年2月,NS又推出全新的離線(xiàn)式恒流控制器--LM3445,優(yōu)勢在于可以支持具備三端雙向可控硅(TRLC)正向或反向相位控制功能的傳統入墻式調光器。

飛兆(Fairchild)半導體將集中發(fā)展升壓技術(shù),以及提高效率和功能性,并降低客戶(hù)的設計難度。飛兆半導體在LED驅動(dòng)技術(shù)方面的優(yōu)勢在于能夠了解客戶(hù)的需求和應用,從而開(kāi)發(fā)盡可能好的照明解決方案。

O2Micro方案解決LED燈組過(guò)熱和提高效能。為了克服現今市場(chǎng)上LED街燈組電池壽命過(guò)短與LED燈組過(guò)熱的問(wèn)題。O2Micro率先開(kāi)發(fā)出Cool Driver Circuit(OZ9986A)的方案。針對40~200W的街燈應用。提供LED燈組良好的演色系及色彩均勻度、并憑借其優(yōu)越的效能達到節能低碳的效果。LED背光應用中,在調光模式上,考慮到成本無(wú)需改線(xiàn)或增加調光開(kāi)關(guān)),O2Micro提供了一種非TRICA的三段式調光。