高亮度LED照明系統低溫設計挑戰

　　　高亮度LED的照明能效(流明/瓦，lm/W)已經(jīng)高于白熾燈，并且很快將將與熒光燈匹敵(圖1)。根據美國能源部(DOE)的發(fā)展路線(xiàn)圖預測，高亮度LED的照明能效在未來(lái)幾年內將與高壓鈉燈相當。這將會(huì )大幅擴展LED照明的應用商機，因此，高亮度LED的技術(shù)前景非常光明。

　　預計高亮度LED將在各個(gè)應用領(lǐng)域滲透，包括汽車(chē)、通用照明、筆記本背光、便攜及移動(dòng)無(wú)線(xiàn)設備、液晶電視背光及標志等。在諸如便攜及移動(dòng)無(wú)線(xiàn)設備領(lǐng)域中，LED背光的滲透率已經(jīng)達到幾乎100%。未來(lái)三到五年，液晶電視背光將是LED需求的最大推動(dòng)力量，其次是通用照明。實(shí)際上，在未來(lái)三到四年內，50%的液晶電視將使用LED作為主背光源(信息來(lái)源：DisplaySearch，2009年7月)。

　　不過(guò)，LED的高價(jià)格減緩了它在主流消費及住宅市場(chǎng)的滲透速度。由于高亮度LED的成本高，目前主要應用在商業(yè)應用中，如街道照明、零售商店、大型商業(yè)購物中心等。若要在居家應用中用LED替代傳統白熾燈，LED的成本必須降低。

　　在設計高亮度LED照明系統時(shí)，最大的挑戰是管理溫度及散熱，以保持LED的工作溫度低于它們的結溫。實(shí)際上，LED是從基底發(fā)光，在產(chǎn)生光的過(guò)程中，也會(huì )產(chǎn)生熱量，且這種熱量會(huì )使LED的結溫升高。LED與任何半導體器件一樣，保持工作溫度低于150℃的最大結溫度非常重要。建議LED的工作溫度始終低于100℃，一旦高于100℃，其可靠性就有可能會(huì )受到影響。

　　第二大挑戰是LED的電子驅動(dòng)電路壽命必須與LED壽命匹配。通常LED的壽命為5萬(wàn)小時(shí)甚至是10萬(wàn)小時(shí)。因此，電子驅動(dòng)電路設計人員必須謹慎選擇有源及無(wú)源器件，從而確保與LED壽命相匹配。例如，設計人員應盡可能地避免使用電解電容，因為這種電容在長(cháng)期使用條件下可能會(huì )產(chǎn)生泄漏。

　　另一項重要挑戰是保持照明系統或光源的不同組件具有盡可能高的能效。光源是完整系統，包含LED、用于散熱的散熱片、光學(xué)組件以及電子驅動(dòng)電路。因此，確保每個(gè)組件的設計都能提供其最大能效很重要。例如，如果沒(méi)有恰當選擇光學(xué)或散熱組件并因此影響光源的總能效，那么要求電子驅動(dòng)電路的能效達到90%就毫無(wú)意義。

　　安森美半導體擁有眾多不同的LED驅動(dòng)方案，適用于寬廣范圍的應用：汽車(chē)、移動(dòng)/便攜(手機和數碼相機的LCD背光及相機閃光)、中大尺寸的LCD屏幕(筆記本、上網(wǎng)本、液晶電視)的LCD背光、標志、建筑物以及通用照明。

　　安森美半導體的產(chǎn)品涵蓋3種LED驅動(dòng)方法：線(xiàn)性方案(極簡(jiǎn)單且極少外部元件)、直流/直流(DC/DC)電感型開(kāi)關(guān)轉換器(用于提供高能效及較大電流)，以及電荷泵開(kāi)關(guān)轉換器(用于提供高能效及緊湊的尺寸)。還提供不同的LED光輸出調制/調光方法：三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(TRIAC)調光、脈寬調制(PWM)調光、模擬調光、數字調光(DALI、I2C等)。

　　安森美半導體的LED驅動(dòng)器產(chǎn)品可采用不同類(lèi)型的電壓源供電：從120Vac到480Vac(美國某些公路的電壓規格)的交流高壓、中等交流或直流電壓(如汽車(chē)中的12Vac或12Vdc電壓)、0.9至5V的便攜電池。最新產(chǎn)品含功率因數校正的單段式LED驅動(dòng)器NCL30000同時(shí)兼容于前沿(leading edge)TRIAC調光器和基于晶體管的尾沿/下降沿調光器，非常適合需要高功率因素的低功率(5到20W)應用，如LED驅動(dòng)器/鎮流器、嵌燈/射燈/戶(hù)外照明等。