解析LED通用照明面臨的四大挑戰(zhàn)

　　LED驅(qū)動解決方案

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

　　LED驅(qū)動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(nèi)容我們已經(jīng)在上文進行了討論，下面我們將主要介紹其他可能存在的問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(qū)動方案--NSI45系列雙端和三端線性恒流穩(wěn)流器（CCR），使用了正在申請專利的自偏置晶體管（SBT）技術(shù)。這種方案比線性穩(wěn)壓器更簡單，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，輸入電壓較高時保護LED免受過驅(qū)動影響，輸入電壓較低時仍使LED較亮，幫助減少或消除LED編碼庫存，以及幫助降低系統(tǒng)總成本等，非常適合低電流LED電流應(yīng)用。

　　據(jù)英飛凌科技（中國）有限公司工業(yè)及多元化電子市場事業(yè)部銷售及業(yè)務(wù)開發(fā)高級總監(jiān)石敬巖介紹，英飛凌最近也推出了一款支持調(diào)光功能的離線型LED驅(qū)動IC--ICL8001G,適用于住宅照明 用高效LED燈泡。該產(chǎn)品采用彈性設(shè)計，能夠替代所有40W/60W/100W白熾燈泡以及所有典型的消費類照明應(yīng)用。ICL8001G節(jié)能效果可達90%,支援多種已安裝的墻面調(diào)光器，同時也是唯一的整合功率因數(shù)校正（PFC）功能的主控式離線型LED驅(qū)動器解決方案。

　　雖然LED驅(qū)動市場主要由TI、NS、安華高、Linear、NXP等歐美企業(yè)，以及聚積、立?、點晶、研晶等臺灣廠商占領(lǐng)，但是目前中國本土的幾家公司在該領(lǐng)域也表現(xiàn)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(qū)動電源。''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(diào)光技術(shù)，并擁有5項專利。''茅于海表示。據(jù)悉，龍貿(mào)已經(jīng)量產(chǎn)的降壓型大功率LED恒流驅(qū)動模塊SLM2842J得到了業(yè)內(nèi)不少好評，該模塊可以在輸入電壓為36V時驅(qū)動10串6并1W的LED,或者10串2并3W的LED,驅(qū)動功率高達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(nèi)照明的新一代LED模組

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

　　在實際操作中，瑞豐光電將上述觀念模組化，推出了室內(nèi)照明模組化解決方案。模組化就是將光源、散熱部件、驅(qū)動電源組成模塊批量生產(chǎn)，通過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法繞過國外企業(yè)的專利壁壘，但模組的批量生產(chǎn)具有價格優(yōu)勢，特別對下游LED照明應(yīng)用企業(yè)來說是一個不錯的選擇?！?/P>

　　現(xiàn)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(nèi)照明，但產(chǎn)品往往存在眩光過強、熱處理不夠、壽命短、成本高、顏色差異大等問題?！拔覀冋J為，將傳統(tǒng)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戶，就要發(fā)揮其優(yōu)勢，而這應(yīng)該是一個系統(tǒng)化工程，包括電源系統(tǒng)、LED光源、驅(qū)動系統(tǒng)、光學系統(tǒng)、外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計、散熱系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等多個方面。”

　　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、無眩光等。瑞豐光電的模組光源解決方案，通過植入色光LED芯片來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提升，演色性靠其他芯片的光去來提升，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，首先通過對物料進行選擇與優(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，可以利用設(shè)備去檢驗芯片以及熒光粉進料激發(fā)出的波長有多寬，從而檢驗來料是否符合要求。其次是模組電源內(nèi)電路的設(shè)計，要考慮到整個模組的串、并情況。第三是要進行嚴格的制程控制，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，還要進行物料可靠性控制。

　　隨著LED光效的提升，劉鑫認為眩光問題在今后的LED照明設(shè)計中將會更加凸顯。模組電源通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計，例如使用反射杯來降低眩光。而這也正是瑞豐光電在結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新設(shè)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，與此類似的還有加一次透鏡、表面粗化處理等，與模組結(jié)合都可以提高出光效率。

　　光的壽命包括兩個部分，一個是亮度壽命，一個是顏色壽命。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(shè)計。模組光源通過結(jié)構(gòu)設(shè)計來解決這個問題。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自于熱。藍光的出光效率和熒光粉，都跟結(jié)溫有很大關(guān)系。一般情況下，LED的結(jié)溫每升高10度，其壽命就會降低一半。劉鑫補充道，''模組在解決熱阻方面有其優(yōu)勢。目前LED應(yīng)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(yīng)用系統(tǒng)熱阻，如果能夠省去中間某個環(huán)節(jié)，其實就把整個應(yīng)用過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買回去以后的再貼片熱阻。

　　目前，由于LED燈具類標準的滯后，市場上LED驅(qū)動電源主要采取客戶定制的運作模式，因此LED燈具 普遍存在電壓、電流、功率等級不規(guī)范，以及空間有限、散熱條件差、電源能耗影響燈具環(huán)境溫度等問題。飛兆半導體深圳分公司技術(shù)市場部經(jīng)理錢家法表示，不同功率等級的LED應(yīng)用可能遭遇不同的問題。例如，小功率應(yīng)用可能由于空間太小導致驅(qū)動板無法安置，而安規(guī)距離不夠、恒流精度不夠、溫度太高等也是可能出現(xiàn)的問題；中功率應(yīng)用通常采用PFC＋PWM兩級架構(gòu)，從而導致整體成本過高；而大功率對PFC和恒流的精度要求都很高，直接帶來的問題是電路復(fù)雜、零件多，PFC和主電流時序需要控制，而且效率低下。針對各種不同的應(yīng)用場合，飛兆半導體推出了多種LED驅(qū)動器解決方案，包括用于室內(nèi)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(qū)動解決方案等等。

　　黎志遠指出，工程師在設(shè)計LED驅(qū)動電路的過程中最可能遇到的兩個問題是：如何通過電磁干擾檢定，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(zhuǎn)換器市場，不僅電源轉(zhuǎn)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(diào)光器調(diào)控LED燈泡亮度。黎志遠表示：只要采用LM3445解決方案，目前市場上普遍采用的傳統(tǒng)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功能類似。NCL3000是一款單段式功率因數(shù)校正TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動器，用于8W-25W功率的住宅及商業(yè)AC-DC供電LED照明應(yīng)用，使用臨界導電模式（CrM）反激架構(gòu)，以單段式拓撲結(jié)構(gòu)提供大于0.95的高功率因數(shù)，因而省卻DC-DC轉(zhuǎn)換段。恒定導通時間CrM工作特別適合于隔離型反激LED應(yīng)用，因為控制原理簡單，即使在低功率電平時，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(guī)范等各種規(guī)范要求及整體系統(tǒng)光效要求。