高亮度LED照明系統(tǒng)低溫設(shè)計挑戰(zhàn)

　　　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(jù)美國能源部(DOE)的發(fā)展路線圖預(yù)測，高亮度LED的照明能效在未來幾年內(nèi)將與高壓鈉燈相當(dāng)。這將會大幅擴展LED照明的應(yīng)用商機，因此，高亮度LED的技術(shù)前景非常光明。

　　預(yù)計高亮度LED將在各個應(yīng)用領(lǐng)域滲透，包括汽車、通用照明、筆記本背光、便攜及移動無線設(shè)備、液晶電視背光及標(biāo)志等。在諸如便攜及移動無線設(shè)備領(lǐng)域中，LED背光的滲透率已經(jīng)達到幾乎100%。未來三到五年，液晶電視背光將是LED需求的最大推動力量，其次是通用照明。實際上，在未來三到四年內(nèi)，50%的液晶電視將使用LED作為主背光源(信息來源：DisplaySearch，2009年7月)。

　　不過，LED的高價格減緩了它在主流消費及住宅市場的滲透速度。由于高亮度LED的成本高，目前主要應(yīng)用在商業(yè)應(yīng)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(yīng)用中用LED替代傳統(tǒng)白熾燈，LED的成本必須降低。

　　在設(shè)計高亮度LED照明系統(tǒng)時，最大的挑戰(zhàn)是管理溫度及散熱，以保持LED的工作溫度低于它們的結(jié)溫。實際上，LED是從基底發(fā)光，在產(chǎn)生光的過程中，也會產(chǎn)生熱量，且這種熱量會使LED的結(jié)溫升高。LED與任何半導(dǎo)體器件一樣，保持工作溫度低于150℃的最大結(jié)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受到影響。

　　第二大挑戰(zhàn)是LED的電子驅(qū)動電路壽命必須與LED壽命匹配。通常LED的壽命為5萬小時甚至是10萬小時。因此，電子驅(qū)動電路設(shè)計人員必須謹(jǐn)慎選擇有源及無源器件，從而確保與LED壽命相匹配。例如，設(shè)計人員應(yīng)盡可能地避免使用電解電容，因為這種電容在長期使用條件下可能會產(chǎn)生泄漏。

　　另一項重要挑戰(zhàn)是保持照明系統(tǒng)或光源的不同組件具有盡可能高的能效。光源是完整系統(tǒng)，包含LED、用于散熱的散熱片、光學(xué)組件以及電子驅(qū)動電路。因此，確保每個組件的設(shè)計都能提供其最大能效很重要。例如，如果沒有恰當(dāng)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(qū)動電路的能效達到90%就毫無意義。

　　安森美半導(dǎo)體擁有眾多不同的LED驅(qū)動方案，適用于寬廣范圍的應(yīng)用：汽車、移動/便攜(手機和數(shù)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(biāo)志、建筑物以及通用照明。

　　安森美半導(dǎo)體的產(chǎn)品涵蓋3種LED驅(qū)動方法：線性方案(極簡單且極少外部元件)、直流/直流(DC/DC)電感型開關(guān)轉(zhuǎn)換器(用于提供高能效及較大電流)，以及電荷泵開關(guān)轉(zhuǎn)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(diào)制/調(diào)光方法：三端雙向可控硅開關(guān)元件(TRIAC)調(diào)光、脈寬調(diào)制(PWM)調(diào)光、模擬調(diào)光、數(shù)字調(diào)光(DALI、I2C等)。

　　安森美半導(dǎo)體的LED驅(qū)動器產(chǎn)品可采用不同類型的電壓源供電：從120Vac到480Vac(美國某些公路的電壓規(guī)格)的交流高壓、中等交流或直流電壓(如汽車中的12Vac或12Vdc電壓)、0.9至5V的便攜電池。最新產(chǎn)品含功率因數(shù)校正的單段式LED驅(qū)動器NCL30000同時兼容于前沿(leading edge)TRIAC調(diào)光器和基于晶體管的尾沿/下降沿調(diào)光器，非常適合需要高功率因素的低功率(5到20W)應(yīng)用，如LED驅(qū)動器/鎮(zhèn)流器、嵌燈/射燈/戶外照明等。