LED照明設計的現狀及趨勢

在過(guò)去，發(fā)光二極管（LED）僅僅被用作指示燈。其功耗低、電流更低，而且所產(chǎn)生的熱量也不是問(wèn)題。然而，時(shí)代已經(jīng)變了。如今LED的電流已經(jīng)由幾毫安升級到安培；在某些情況下，LED的功率已經(jīng)從幾毫瓦跳躍到10W以上;而LED所產(chǎn)生的熱量——好吧，可以肯定地講，現在已經(jīng)成了一個(gè)不容忽視的問(wèn)題。

在過(guò)去，發(fā)光二極管的功率是如此低，所以廢熱非常低,，并且基本上就沒(méi)有被燒壞過(guò)，美國國家半導體技術(shù)專(zhuān)家Rick Zarr表示：“然而新款LED所產(chǎn)生的熱量很大，所以如果你不加以正確的控制，就會(huì )對它們的使用壽命造成很大的影響。一個(gè)LED燈泡原本可以用10，20或30年，但如果你控制不當，可能兩年就報廢了。

這就是為什么項目工程師現在需要關(guān)注LED驅動(dòng)器。最簡(jiǎn)單的，驅動(dòng)器控制輸入電流和輸入電壓，然后重新配置它們供LED使用。在這個(gè)方面來(lái)說(shuō)，驅動(dòng)器很像在熒光燈上使用了幾十年的鎮流器。

雖然，從另一方面來(lái)看來(lái)，驅動(dòng)器變得越來(lái)越復雜，這使得它們在高功率、高電流、高熱量LED的新時(shí)代里發(fā)揮著(zhù)更加重要的作用。當前的驅動(dòng)器所具備的功能放到十年前是無(wú)法想象的。例如，通過(guò)感應電流，他們可以估算LED的亮度等級并對其做相應的改變。他們可以補償諸如熱量或老化之類(lèi)的變化，甚至可以將LED用于照明應用。此外，通過(guò)使用“熱量返送”方案，可以避免LED的熱量達到損害其使用壽命的極限值。

要感謝這類(lèi)創(chuàng )新，發(fā)光二極管的新品正在許多無(wú)法預見(jiàn)的應用中尋找一個(gè)歸宿。汽車(chē)將LED用作剎車(chē)燈、“后視鏡腳燈（注：后視鏡腳燈就是安裝在汽車(chē)兩側反光鏡下面可以向下照亮車(chē)身周?chē)臒?，在進(jìn)入比較暗的停車(chē)庫時(shí)使車(chē)輪廓顯得非常漂亮，也可在荒地里照亮泥濘的道路）”甚至是前燈。電視機將LED用作背光;市政部門(mén)將LED用作街燈;而消費類(lèi)電子制造商正在將它們用于上網(wǎng)本、平板電腦和GPS系統。

“LED的發(fā)展一年比一年好”，德州儀器公司照明電源產(chǎn)品市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Peter Di Maso表示。 “這些改進(jìn)使得LED可被用于一般照明，這就是為什么對更好的驅動(dòng)器存在這么迫切的需求?！?/P>

　　需求不斷增長(cháng)

當然，并非所有形式的照明都需要驅動(dòng)器。例如，長(cháng)期以來(lái)，白熾燈泡被優(yōu)化以適用于我們常用的110V電源，因此不需要額外的電路來(lái)適配輸入電流到輸出。

然而，發(fā)光二極管要更復雜一些?！笆褂肔ED時(shí)，你首先需要了解輸入電源及其變化”，Microchip公司的8位微控制器產(chǎn)品部門(mén)應用經(jīng)理Steve Bowling表示，“在輸出端，工程師們要需要知道自己的光學(xué)要求和想要產(chǎn)生的流明值。最后，最終目標是讓驅動(dòng)器提供一個(gè)恒流源給LED?！?/P>

要感謝被稱(chēng)之為 Haitz定律的現象，盡管驅動(dòng)LED變得更加復雜和更加有必要。 Haitz定律---一條以安捷倫科技公司的一位退休科學(xué)家Roland Haitz的名字命名的定律---指出，產(chǎn)生1流明的LED成本每10年下降10倍，而每個(gè)封裝所產(chǎn)生的亮度會(huì )增加20倍。對于LED用戶(hù)而言，Haitz定律意味著(zhù)需求增加，這反過(guò)來(lái)又意味著(zhù)開(kāi)發(fā)新技術(shù)的任務(wù)流向了下游。

“人們就希望在把LED燈裝到位之后就不用再惦記著(zhù)它”，國家半導體公司的Zarr表示?！八麄儾幌Ｍ€要費神想太多，所以這個(gè)負擔被轉移人了LED燈的制造商，然后LED制造商再將壓力轉移到其下游的驅動(dòng)器制造商?！?/P>

　　避免發(fā)熱

對于驅動(dòng)器制造商而言，挑戰在于要在一個(gè)小封裝內添加必要的特性。驅動(dòng)器芯片非常小，尺寸通常為10 × 10毫米或更小。并且，隨著(zhù)LED制造商將LED納入燈泡設計以取代白熾燈泡，未來(lái)的驅動(dòng)器芯片需要做成更小的尺寸。

隨著(zhù)它們轉向這類(lèi)應用，驅動(dòng)器需要具備避免發(fā)光二極管過(guò)熱的能力。為了做到這一點(diǎn)，很多供應商傾向于通過(guò)向客戶(hù)銷(xiāo)售散熱器和風(fēng)扇來(lái)幫助散熱。盡管越來(lái)越多的LED用戶(hù)希望在LED需要進(jìn)行散熱之前將其熱量降到最低，而解決這一問(wèn)題就要從驅動(dòng)器下手。

　　控制調光器

專(zhuān)家指出，在過(guò)去幾年里，零部件廠(chǎng)商讓驅動(dòng)器的功能更加強大。交流控制三極管（TRIAC）調光電路長(cháng)期以來(lái)被視作是半導體照明的難題，如今可以和LED一同使用。專(zhuān)家稱(chēng)，通過(guò)在這類(lèi)電路使用LED，這將促成許多面向家庭、商業(yè)和工業(yè)照明的新應用的出現。

“當人們在真正的轉向LED燈泡的時(shí)候，他們不希望改變其基礎設施，” Zarr表示。 “他們不希望必須將調光器從墻上拿走。這就是為什么我們需要一款針對調光應用的解決方案?！?/P>

美國國家半導體的LM3445就是一個(gè)調光解決方案的例子。LM3445整合了用于讀取標準 TRIAC調光器調光信號的電路，并將這一信息轉換成脈寬調制電流來(lái)驅動(dòng)LED。

德州儀器的TPS92010解決了一個(gè)TRIAC-LED方案中常見(jiàn)的功耗問(wèn)題。TPS92010集成了一個(gè)在TRIAC使用過(guò)程中不會(huì )產(chǎn)生功耗的電路。

“僅在光源的電壓輸入是零的情況下才會(huì )有電流，所以功耗是零瓦，”德州儀器（TI）的Di Maso表示。 TI向那些希望將這一功能整合到其所設計燈泡的工程師們提供了一款評估模塊。

　　增加的智能

因為驅動(dòng)器制造商希望增加新的功能，他們還在產(chǎn)品整合了微控制器。板載智能使得基于微控制器的驅動(dòng)器成為實(shí)現調光這類(lèi)功能的最佳候選，因為這使其能夠監測各項功能，然后有針對地做出決定。

“驅動(dòng)器可以使用系統的輸入——在本案例中是來(lái)自TRIAC調光器的輸入，” Microchip公司的Bowling表示。 “它可以讀取線(xiàn)性電壓。它可以讀取TRIAC調光器的占空比。它可以監測LED的工作電壓和溫度。然后，它再做出決定以保持系統在所選定的亮度等級下正常運行?！?/P>

Microchip提供了面向驅動(dòng)器應用8位微控制器系列產(chǎn)品和16位數字信號控制器系列產(chǎn)品。8位微控制器PIC16F785整合了模擬外設，包括運算放大器、比較器和12通道10位A / D轉換?！翱梢栽谖⑻幚砥魃系拇罱K，”Bowling稱(chēng)，“你可以采用模擬器件來(lái)調節驅動(dòng)器和微處理器，以促進(jìn)這一功能?！?/P>

Microchip的16位dsPIC 33GS數字信號控制器系列向前邁進(jìn)了一步，整合了極高速的A / D轉換器，使得它們能夠實(shí)時(shí)收集數據。因此，dsPIC系統允許開(kāi)發(fā)人員拓展更先進(jìn)的應用，包括調光、熱保護和顏色控制。

同樣，德州儀器提供面向LED驅動(dòng)器應用的Piccolo系列微控制器。在一個(gè)DC/DC式LED開(kāi)發(fā)工具包中（參見(jiàn)關(guān)于套件的視頻），該技術(shù)采用一個(gè)MCU來(lái)控制LED燈串。該套件旨在鎖定那些想要在高功率應用場(chǎng)合下使用LED，且不用經(jīng)常更換燈泡的客戶(hù)。其應用范圍包括路燈、停機坪、工業(yè)照明，這些場(chǎng)所的用戶(hù)不希望頻繁更換燒壞的燈泡。

“Piccolo微控制器可以通過(guò)遠程命令將特定的LED燈串設定在指定等級的亮度”，德州儀器C2000微控制器營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理Charlie Ice表示。 “它可以檢測電流和確定其亮度等級，并且可以針對情況進(jìn)行補償。在一個(gè) LED已經(jīng)老化或過(guò)熱的情況，它也可以彌補這一不足?！?/P>

　　沒(méi)有“萬(wàn)能型解決方案”

在幾乎所有LED應用中，專(zhuān)家指出，效率是誘發(fā)因素。與白熾燈泡相比，有很多白熾燈泡現在采用數字化控制在特定時(shí)間開(kāi)啟和關(guān)閉，以達到省電，而LED不是一定需要智能控制機制。LED的效率是如此之高，幾乎超出了任何產(chǎn)品，使得其幾乎無(wú)須推行智能控制。

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