淺談LED照明全方位滲透的高能效驅動(dòng)方案

在當今電能需求與生產(chǎn)日趨失衡的條件下，最有效的因應途徑就是提升能效，即利用技術(shù)，以更少的電能來(lái)執行相同的任務(wù)或功能。電能使用涉及眾多的領(lǐng)域，以常見(jiàn)的建筑物為例，據有關(guān)資料統計，美國建筑物總能耗中約有30%的能耗源自照明領(lǐng)域，而中國的估計也達到約11%至12%。由此看來(lái)，照明域的節能潛力巨大。

安森美半導體LED通用照明及電源營(yíng)銷(xiāo)和系統工程總監Laurent Jenck（鄭樂(lè )康）指出，以一款典型的100W白熾燈為例，其中約有95 W的電能轉化為熱量，剩余的僅5 W電能轉化為光。因此，世界上許多國家都開(kāi)始逐步淘汰一般的白熾燈，鼓勵使用節能燈。與白熾燈相比，緊湊型熒光燈(CFL)和線(xiàn)性熒光燈(LFL)等節能燈的能耗大幅下降(僅相當于白熾燈的約1/5)，但這些傳統節能燈中包含劇毒化學(xué)物質(zhì)汞，對環(huán)境有不良影響。另一方面，高亮度發(fā)光二極管(HB-LED)近年來(lái)在光輸出、能效(efficacy)及成本等方面全面改善，同時(shí)結合小巧、低壓工作及環(huán)保等眾多優(yōu)勢，正在照明領(lǐng)域掀起革命。

LED照明進(jìn)侵各領(lǐng)域，應用將更普及

如今，在屏幕尺寸小于4英寸的手機、相機閃光等移動(dòng)設備應用中，及路邊及體育場(chǎng)中大型顯示屏應用中，LED照明，或稱(chēng)固態(tài)照明(SSL)，幾乎占據了100%的份額。除此之外，LED照明也向其它領(lǐng)域邁進(jìn)。如在汽車(chē)應用中，LED照明占據約15%的份額。而在較大液晶顯示屏(LCD)背光應用中，雖然冷陰極熒光燈(CCFL)如今仍然占據主導地位，但LED照明的總滲透率也達到約20%，參見(jiàn)圖1。特別是在備受矚目的大尺寸液晶電視背光應用中，據Laurent Jenck指出，預計LED背光的液晶電視在未來(lái)3到4年間，將占據至50%的份額。

圖1：LED照明在各種應用的滲透比例。安森美半導體在電源管理及高能效方案具備專(zhuān)長(cháng)及優(yōu)勢 ，故能發(fā)揮其在電源能效方面的領(lǐng)先實(shí)力，提供專(zhuān)用LED驅動(dòng)器用于便攜、消費、工業(yè)和汽車(chē)等市場(chǎng)，并且固態(tài)照明方案符合或超越世界各地的規范要求，即如GreenPoint參考設計電源般。

相比較而言，LED照明在燈泡、嵌燈、街道及區域照明、任務(wù)燈、景觀(guān)照明、商業(yè)建筑物照明及廣告牌文字電路照明等通用照明領(lǐng)域的滲透比例還偏低，目前小于2%，遠低于其它照明類(lèi)型。但LED照明具有高能效等優(yōu)勢，讓其在通用照明市場(chǎng)也極具應用潛力。例如，安森美半導體對從零售商店購得的一款鹵素臺燈(采用35 W燈泡)進(jìn)行重新設計，原鹵素燈中無(wú)電子組件，僅含1個(gè)較重的60 Hz變壓器。這鹵素燈在120 Vac條件下的輸入功率為41.7 W，在0.5米距離處測得的光亮度為744流明。重新設計的臺燈采用LED模塊，燈底部采用安森美半導體NCP1014自供電單片式開(kāi)關(guān)穩壓器，在120 Vac條件下輸入功率為10.9 W，即能耗僅相當于鹵素燈的1/4；同時(shí)，這LED臺燈在同等距離條件下測得的光亮度為795流明，更優(yōu)于鹵素燈，其72.9流明/瓦(lm/W)的能效(efficacy)更是數倍于鹵素燈(17.8 lm/W)。

當然，價(jià)格是LED照明在通用照明領(lǐng)域快速普及的一項制約因素。不過(guò)，安森美半導體的Laurent Jenck援引半導體的發(fā)展歷史指出，當半導體技術(shù)剛剛問(wèn)世，其成本非常高昂以至于應用局限在美國軍方的對成本不敏感的應用中，如軍事衛星；但隨著(zhù)應用范圍的拓廣及應用的增多，半導體產(chǎn)品最后進(jìn)入消費市場(chǎng)，廣泛應用于我們日常工作生活的各個(gè)角落。因此，隨著(zhù)應用的增多，LED照明的價(jià)格/成本將可逐步趨向消費應用。Laurent Jenck預計，LED通用照明可望在5年內開(kāi)始進(jìn)入主流家庭應用。

世界各地的規范機構也在積極制定和發(fā)布相關(guān)的LED照明能效規范。如美國“能源之星”的1.1版固態(tài)照明規范于2009年2月開(kāi)始生效。這規范對聚光燈或戶(hù)外燈等不同產(chǎn)品的應用能效要求各不相同，并且包含功率因數要求。就中國而言，負責能效標準設定的中國標準化研究院正牽頭準備在來(lái)年研究中國的LED照明能效標準。

以寬范圍、高能效及創(chuàng )新的驅動(dòng)方案促進(jìn)LED照明發(fā)展

由于LED照明應用前景廣闊，要促進(jìn)它的不斷發(fā)展，必須針對不同的LED照明應用選擇適合的驅動(dòng)方案。安森美半導體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅方案供應商，提供寬范圍、高能效及創(chuàng )新和強固的LED照明方案。不論是電池供電應用，或是直接采用交流或直流線(xiàn)路供電的應用，安森美半導體均提供適合的高能效LED驅動(dòng)器方案，如電感型及電荷泵型LED驅動(dòng)器、開(kāi)關(guān)穩壓器、高集成度照明管理集成電路(LMIC)、線(xiàn)性恒流驅動(dòng)器(CCR)、功率因數校正(PFC)集成電路、高壓開(kāi)關(guān)電源方案，以及豐富的MOSFET、整流器和其它分立產(chǎn)品及電路保護系列。如在電池供電的移動(dòng)設備背光應用中，可以采用不同的LED驅動(dòng)技術(shù)，如線(xiàn)性電流驅動(dòng)器、電感升壓型開(kāi)關(guān)穩壓器、電荷泵型驅動(dòng)器等。這幾種驅動(dòng)技術(shù)各有其特點(diǎn)及要求，所以能配合客戶(hù)的需要為他們提供最適合其產(chǎn)品應用的LED驅動(dòng)技術(shù)。如線(xiàn)性電流驅動(dòng)器簡(jiǎn)單易用，無(wú)開(kāi)關(guān)噪聲，而且外部元件數量極少，但這種驅動(dòng)器的正向電壓必須低于電池電壓，且能效與輸入電壓及LED正向電壓有關(guān)。電感升壓型開(kāi)關(guān)穩壓器的LED串電流匹配度極佳，且在電池線(xiàn)路電壓范圍內具有極高能效，支持長(cháng)串LED大功率/高壓工作。電荷泵型驅動(dòng)器典型產(chǎn)品采用基于電容的開(kāi)關(guān)拓撲結構，并集成線(xiàn)性驅動(dòng)器用于緊密電流匹配，具有高開(kāi)關(guān)頻率，外部元件數量極少。

而在汽車(chē)應用中，根據電流大小的不同，同樣需要采用不同的LED驅動(dòng)器。例如，汽車(chē)中一個(gè)新的趨勢,是在電流常常僅數十毫安(mA)的組合尾燈應用中以線(xiàn)性恒流穩壓器來(lái)替代目前常用的是電阻型驅動(dòng)器。電阻型驅動(dòng)方案簡(jiǎn)單且成本低，但能效極低，還面臨高壓時(shí)大電流應力、LED編碼及熱失控等問(wèn)題或挑戰。有鑒于此，安森美半導體推出了創(chuàng )新的雙端及三端型線(xiàn)性恒流穩壓器(CCR)，它們采用安森美半導體正待批專(zhuān)利的自偏置晶體管(SBT)技術(shù)，結合公司在工藝控制方面的專(zhuān)長(cháng)，提供低成本優(yōu)勢，支持寬電壓范圍，提供比電阻型驅動(dòng)器更高的能效及較高的穩流精度，并更利于保護LED。