解析LED通用照明面臨的四大挑戰

　　LED驅動(dòng)解決方案

　　對于LED照明應用來(lái)說(shuō)，驅動(dòng)電源部分的作用至關(guān)重要，因為如果驅動(dòng)電源部分無(wú)法給予支撐，那么再高的LED光效也是浪費?？梢赃@么說(shuō)：高效的驅動(dòng)電源是提高照明系統效率的有力保證。對此，茅于海特別指出：''LED設計中最大的問(wèn)題是如何保證驅動(dòng)電源的可靠性來(lái)匹配LED的長(cháng)壽命。這方面必須深入理解可靠性的設計原理和具體方法，并懂得如何測試產(chǎn)品的可靠性。''

　　LED驅動(dòng)電源的可靠性很大程度上與''熱''相關(guān)，如果散熱效果不佳，電路中電解電容的壽命將大大降低，從而嚴重影響LED產(chǎn)品的壽命。相關(guān)內容我們已經(jīng)在上文進(jìn)行了討論，下面我們將主要介紹其他可能存在的問(wèn)題以及幾款最新的解決方案。

安森美另一款新的低電流LED 驅動(dòng)方案--NSI45系列雙端和三端線(xiàn)性恒流穩流器（CCR），使用了正在申請專(zhuān)利的自偏置晶體管（SBT）技術(shù)。這種方案比線(xiàn)性穩壓器更簡(jiǎn)單，且成本更低，但性能相比電阻方案又大幅提升，填補了市場(chǎng)空隙。NSI45系列能夠在寬電壓范圍下保持亮度恒定，輸入電壓較高時(shí)保護LED免受過(guò)驅動(dòng)影響，輸入電壓較低時(shí)仍使LED較亮，幫助減少或消除LED編碼庫存，以及幫助降低系統總成本等，非常適合低電流LED電流應用。

　　據英飛凌科技（中國）有限公司工業(yè)及多元化電子市場(chǎng)事業(yè)部銷(xiāo)售及業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)高級總監石敬巖介紹，英飛凌最近也推出了一款支持調光功能的離線(xiàn)型LED驅動(dòng)IC--ICL8001G,適用于住宅照明 用高效LED燈泡。該產(chǎn)品采用彈性設計，能夠替代所有40W/60W/100W白熾燈泡以及所有典型的消費類(lèi)照明應用。ICL8001G節能效果可達90%,支援多種已安裝的墻面調光器，同時(shí)也是唯一的整合功率因數校正（PFC）功能的主控式離線(xiàn)型LED驅動(dòng)器解決方案。

　　雖然LED驅動(dòng)市場(chǎng)主要由TI、NS、安華高、Linear、NXP等歐美企業(yè)，以及聚積、立?、點(diǎn)晶、研晶等臺灣廠(chǎng)商占領(lǐng)，但是目前中國本土的幾家公司在該領(lǐng)域也表現的頗為活躍。例如上海龍茂微電子有限公司，就推出了各種功率LED所需的恒流驅動(dòng)電源。''我們的優(yōu)勢是掌握了核心芯片技術(shù)，此外我們還集中于路燈、日光燈、隧道燈等的調光技術(shù)，并擁有5項專(zhuān)利。''茅于海表示。據悉，龍貿已經(jīng)量產(chǎn)的降壓型大功率LED恒流驅動(dòng)模塊SLM2842J得到了業(yè)內不少好評，該模塊可以在輸入電壓為36V時(shí)驅動(dòng)10串6并1W的LED,或者10串2并3W的LED,驅動(dòng)功率高達60W,效率高達98%.只有1.2W的功率需要耗散，所以發(fā)熱很低，在60度以下。

　　針對室內照明的新一代LED模組

　　安森美的鄭兆雄認為L(cháng)ED照明設計過(guò)程中還有一項重要挑戰，那就是要保持照明系統或光源的不同組件有盡可能高的能效。應該把光源看作是完整系統，將LED、用于散熱的散熱片、光學(xué)組件，以及電子驅動(dòng)電路看成一個(gè)整體，確保每個(gè)組件的設計都提供最大能效。他表示。

　　在實(shí)際操作中，瑞豐光電將上述觀(guān)念模組化，推出了室內照明模組化解決方案。模組化就是將光源、散熱部件、驅動(dòng)電源組成模塊批量生產(chǎn)，通過(guò)模具制造出標準化的LED照明產(chǎn)品。''瑞豐光電研發(fā)中心大功率LED模組開(kāi)發(fā)部主管劉鑫表示，“盡管目前本土企業(yè)在LED外延片和芯片方面無(wú)法繞過(guò)國外企業(yè)的專(zhuān)利壁壘，但模組的批量生產(chǎn)具有價(jià)格優(yōu)勢，特別對下游LED照明應用企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)不錯的選擇?！?/P>

　　現在很多企業(yè)在球泡燈中加入3520、5050等小功率LED光源用于室內照明，但產(chǎn)品往往存在眩光過(guò)強、熱處理不夠、壽命短、成本高、顏色差異大等問(wèn)題?！拔覀冋J為，將傳統燈泡裝上LED光源，完全不等同于半導體照明?！眲Ⅵ伪硎?，“LED要想真正走入千家萬(wàn)戶(hù)，就要發(fā)揮其優(yōu)勢，而這應該是一個(gè)系統化工程，包括電源系統、LED光源、驅動(dòng)系統、光學(xué)系統、外觀(guān)結構設計、散熱系統、智能控制系統等多個(gè)方面?！?/P>

　　正如前面提到的，光品質(zhì)包括演色性、空間均勻性、色彩一致性、無(wú)眩光等。瑞豐光電的模組光源解決方案，通過(guò)植入色光LED芯片來(lái)提升整體光源的演色性，或單一演色性。因為在LED光譜中，紅色和綠色這兩段較低，如果把綠光芯片和紅光芯片串在白光模組中，可以對演色性有非常本質(zhì)的提升。''劉鑫解釋道。由于整體光效靠白光來(lái)提升，演色性靠其他芯片的光去來(lái)提升，這樣做還有助于將光效與演色性分立。

　　“空間均勻性和色彩一致性，首先通過(guò)對物料進(jìn)行選擇與優(yōu)化得以改善?！眲Ⅵ伪硎?。這里的物料選擇包括熒光粉和芯片。封裝時(shí)，可以利用設備去檢驗芯片以及熒光粉進(jìn)料激發(fā)出的波長(cháng)有多寬，從而檢驗來(lái)料是否符合要求。其次是模組電源內電路的設計，要考慮到整個(gè)模組的串、并情況。第三是要進(jìn)行嚴格的制程控制，包括最直接的，就是熒光粉涂布的方式以及多少，這對色彩一致性有很大影響。最后，還要進(jìn)行物料可靠性控制。

　　隨著(zhù)LED光效的提升，劉鑫認為眩光問(wèn)題在今后的LED照明設計中將會(huì )更加凸顯。模組電源通過(guò)結構的優(yōu)化設計，例如使用反射杯來(lái)降低眩光。而這也正是瑞豐光電在結構上的創(chuàng )新設計之一，加入反射杯，可以很大程度地減少每顆LED芯片發(fā)出光的損失，與此類(lèi)似的還有加一次透鏡、表面粗化處理等，與模組結合都可以提高出光效率。

　　光的壽命包括兩個(gè)部分，一個(gè)是亮度壽命，一個(gè)是顏色壽命。亮度壽命直接影響到光源的運行成本，在壽命控制中，首先要考慮的是散熱設計。模組光源通過(guò)結構設計來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。壽命和散熱有直接關(guān)系，包括芯片、原料，其最直接的壽命影響就來(lái)自于熱。藍光的出光效率和熒光粉，都跟結溫有很大關(guān)系。一般情況下，LED的結溫每升高10度，其壽命就會(huì )降低一半。劉鑫補充道，''模組在解決熱阻方面有其優(yōu)勢。目前LED應用燈具的熱阻主要包括LED芯片、封裝材料、支架、貼到電路板上的熱阻、二次應用系統熱阻，如果能夠省去中間某個(gè)環(huán)節，其實(shí)就把整個(gè)應用過(guò)程的熱阻省了很大一部分。而使用模組解決方案，可以直接省去了支架熱阻和客戶(hù)買(mǎi)回去以后的再貼片熱阻。

　　目前，由于LED燈具類(lèi)標準的滯后，市場(chǎng)上LED驅動(dòng)電源主要采取客戶(hù)定制的運作模式，因此LED燈具 普遍存在電壓、電流、功率等級不規范，以及空間有限、散熱條件差、電源能耗影響燈具環(huán)境溫度等問(wèn)題。飛兆半導體深圳分公司技術(shù)市場(chǎng)部經(jīng)理錢(qián)家法表示，不同功率等級的LED應用可能遭遇不同的問(wèn)題。例如，小功率應用可能由于空間太小導致驅動(dòng)板無(wú)法安置，而安規距離不夠、恒流精度不夠、溫度太高等也是可能出現的問(wèn)題；中功率應用通常采用PFC＋PWM兩級架構，從而導致整體成本過(guò)高；而大功率對PFC和恒流的精度要求都很高，直接帶來(lái)的問(wèn)題是電路復雜、零件多，PFC和主電流時(shí)序需要控制，而且效率低下。針對各種不同的應用場(chǎng)合，飛兆半導體推出了多種LED驅動(dòng)器解決方案，包括用于室內照明的低功率反激式（PSR SSR）方案、用于室外照明的大功率AHB和LLC方案，以及用于電視機背光照明的多通道驅動(dòng)解決方案等等。

　　黎志遠指出，工程師在設計LED驅動(dòng)電路的過(guò)程中最可能遇到的兩個(gè)問(wèn)題是：如何通過(guò)電磁干擾檢定，以及電路之間的互擾可能造成工作不正常。NS的LM3402/4HV芯片針對DC-DC轉換器市場(chǎng)，不僅電源轉換效率更高，而且具有較強的抗電磁干擾能力。面向通用照明 ，NS推出的LM3445芯片可以利用三端雙向可控硅（TRIAC）調光器調控LED燈泡亮度。黎志遠表示：只要采用LM3445解決方案，目前市場(chǎng)上普遍采用的傳統燈泡如A燈泡、PAR燈泡、天花射燈等都可改用LED燈泡。

　　該產(chǎn)品與安森美的NCL3000功能類(lèi)似。NCL3000是一款單段式功率因數校正TRIAC可調光LED驅動(dòng)器，用于8W-25W功率的住宅及商業(yè)AC-DC供電LED照明應用，使用臨界導電模式（CrM）反激架構，以單段式拓撲結構提供大于0.95的高功率因數，因而省卻DC-DC轉換段。恒定導通時(shí)間CrM工作特別適合于隔離型反激LED應用，因為控制原理簡(jiǎn)單，即使在低功率電平時(shí)，也能夠提供極高能效，這在LED照明領(lǐng)域很重要，目的是符合''能源之星''固態(tài)照明規范等各種規范要求及整體系統光效要求。