解析LED驅(qū)動市場的產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及其未來趨勢

　　在LED照明市場的強勁驅(qū)動下，也帶動LED驅(qū)動市場成長，LED驅(qū)動規(guī)模逐漸攀升，據(jù)市場研究機構(gòu)預(yù)測，LED驅(qū)動IC市場營收規(guī)模將由2010年的近20億美元，在2015年達到近35億美元，期間平均復(fù)合年成長率為12%。該機構(gòu)并指出，LED照明所需的LED驅(qū)動IC，會是該市場的成長主力，照明、汽車頭燈等LED的新興應(yīng)用市場大量涌現(xiàn)，掀起了LED的又一波應(yīng)用狂潮。

　　不過StrategiesUnlimited也指出，LED驅(qū)動市場規(guī)模擴大的同時，可能伴隨產(chǎn)品價格的下滑;此外，AC-LED產(chǎn)品雖使得所需驅(qū)動IC數(shù)量縮小、甚至不需要驅(qū)動IC，但并不會對預(yù)測期間的該市場營收產(chǎn)生顯著沖擊，甚至有助于加速LED照明產(chǎn)品市場滲透率成長。StrategiesUnlimited估計照明用LED驅(qū)動IC市場成長率，在2010~2015年間可達40%;該領(lǐng)域技術(shù)所面臨挑戰(zhàn)包括可調(diào)光技術(shù)、省電效能、功率因子與價格。

　　LED驅(qū)動電源的使用現(xiàn)狀

　　標(biāo)準(zhǔn)電燈正在經(jīng)歷一場革命。出于保護能源和應(yīng)對全球氣候變暖的考慮，美國一些州和其它一些國家已經(jīng)禁止使用低能效的白熾燈泡。各種新技術(shù)正紛紛被用于替換白熾燈泡，其中緊湊型真空熒光燈(CFL)是主要替代方案。盡管這種CFL燈的功耗僅為白熾燈的20%，但卻含有有毒物質(zhì)汞。相比之下，LED燈可以提供更高效和更環(huán)保的解決方案。

　　LED最初的商業(yè)應(yīng)用出現(xiàn)在上世紀(jì)七十年代，但因其光輸出極低，應(yīng)用范圍也僅限于指示燈和計算器顯示屏等領(lǐng)域。如今，能夠產(chǎn)生白光的高功率LED在效率方面不斷得以提升，價格也在逐年下降，因此它已成為主流照明應(yīng)用值得考慮的選擇之一。

　　通過全球LED技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商對材料、工藝和封裝技術(shù)的努力改進，高亮度LED的發(fā)光效率和性能得到了顯著提升，除了傳統(tǒng)的背光和顯示面板市場外，高亮度LED開始走向室內(nèi)外普通照明、汽車內(nèi)外照明、探照燈、交通燈等全新應(yīng)用。這些都預(yù)示著LED驅(qū)動電源將有一個廣闊的應(yīng)用前景。

　　LED驅(qū)動電源面臨的問題：在LED大放異彩的同時，LED驅(qū)動電源器則是LED產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展的保障，LED電源的品質(zhì)直接制約了LED產(chǎn)品的可靠性，因此，在LED產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善的今日，LED驅(qū)動電源的成熟也至關(guān)重要。由于LED是特性敏感的半導(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性，因而在應(yīng)用過程中需要對其進行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護，從而產(chǎn)生了驅(qū)動的概念。LED器件對驅(qū)動電源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2～3伏的低電壓驅(qū)動，必須要設(shè)計復(fù)雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。國際市場上國外客戶對LED驅(qū)動電源的效率轉(zhuǎn)換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高，設(shè)計一款好的電源必須要綜合考慮這些因數(shù)，因為電源在整個燈具中的作用就好比像人的心臟一樣重要。

　　但是在市場一片繁榮的背景下，LED產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，對驅(qū)動電源的要求混亂，市場上LED產(chǎn)品如火如荼的發(fā)展態(tài)勢下，就LED驅(qū)動電源企業(yè)而言，目前面臨幾個挑戰(zhàn)。首先是驅(qū)動電路整體壽命，尤其是關(guān)鍵器件如電容在高溫下的壽命直接影響到電源的壽命。其次是LED驅(qū)動器應(yīng)挑戰(zhàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，尤其是在驅(qū)動大功率LED時更是如此，因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散，電源轉(zhuǎn)換效率的過低，影響了LED節(jié)能效果的發(fā)揮。第三，以大調(diào)光比高效率地對LED調(diào)光，同時能夠保證在高和低亮度時顏色特性恒定。

　　爭奪應(yīng)用“潛力股”IC架構(gòu)掀革新

　　在環(huán)保呼聲高漲的今天，節(jié)能照明技術(shù)已經(jīng)越來越受到大眾的重視，歐、美許多國家甚至立法以規(guī)范照明管理。LED照明技術(shù)以其低功耗、長壽命的優(yōu)勢當(dāng)之無愧的成為了節(jié)能照明技術(shù)的“排頭兵”。

　　除了演出照明、景觀照明、住宅照明、防火照明等傳統(tǒng)照明市場之外，汽車前燈照明市場也是LED照明技術(shù)發(fā)展的大好空間。TonyArmstrong甚至認(rèn)為：增長最快的LED驅(qū)動器集成電路市場是汽車前燈照明，從現(xiàn)在到2011年，年復(fù)合增長率將超過150%。一個流行的應(yīng)用領(lǐng)域是很多汽車和卡車的儀表板背光照明、內(nèi)部照明和剎車燈。豪華型汽車制造商正在越來越多地采用最新的固態(tài)LED照明技術(shù)，用這些更輕、更小和更耐用的器件提供內(nèi)部和外部照明，以提高未來車型的美感。

　　于是針對各種照明應(yīng)用，如何提高LED發(fā)光效率成為LED驅(qū)動廠商們目前最為關(guān)注的話題。為了盡快推動LED照明市場的快速增長，各個廠商也相繼推出了一系列優(yōu)秀的LED驅(qū)動產(chǎn)品。由于發(fā)光二極體(LED)驅(qū)動積體電路(IC)架構(gòu)掀革新。LED驅(qū)動IC商已開始部署高功率LED驅(qū)動IC方案，將金屬氧化物半導(dǎo)體場效電晶體(MOSFET)獨立于LED驅(qū)動IC封裝外，以因應(yīng)商業(yè)照明市場日益高漲的高瓦數(shù)照明需求。

　　LED驅(qū)動IC顧名思義，即是應(yīng)用于在LED上的驅(qū)動芯片，主要是用來控制通過LED的電流，以達到使LED發(fā)光的效果，受惠于LED的應(yīng)用面不斷擴大，LED驅(qū)動IC的發(fā)展也不斷進步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，成長性值得期待。

　　LED發(fā)光原理是將電能轉(zhuǎn)換為光，也就是對化合物半導(dǎo)體施加電流，透過電子與電洞的結(jié)合，過剩的能量會以光的形式釋出，達成發(fā)光的效果。由于發(fā)光亮度由電流大小決定，通過LED的電流越強，亮度就越亮，因此，電流的穩(wěn)定度將影響LED發(fā)光的質(zhì)量，一般在控制LED電流的方法會采用供應(yīng)固定電壓的方式，并以電阻的方式調(diào)整通過LED的電流強度，這是成本最低的解決方案，這樣做的缺點是，電阻不但增加功耗，無法達到節(jié)電的效果，也會增加熱能，降低LED壽命，同時，當(dāng)電源供應(yīng)來源的電壓產(chǎn)生變化時，無法及時調(diào)整通過LED的電流量，因而可能產(chǎn)生LED發(fā)光不穩(wěn)定的現(xiàn)象。

　　由于控制LED電流的要求提升，LED驅(qū)動IC的需求亦應(yīng)運而生，預(yù)估在LED背光源應(yīng)用大幅成長以及LED大型廣告牌分辨率持續(xù)提高下，采用可提供精確電流的LED驅(qū)動IC將成為市場的主流。

　　意法半導(dǎo)體技術(shù)行銷經(jīng)理吳玉君表示，今年下半年意法半導(dǎo)體LED驅(qū)動IC架構(gòu)將會有新的轉(zhuǎn)變，并帶給客戶更多的產(chǎn)品組合選擇。

　　意法半導(dǎo)體(ST)技術(shù)行銷經(jīng)理吳玉君表示，今年LED照明市場最主要的轉(zhuǎn)變在于客戶對于高功率LED照明燈泡類型如拋物面鍍鋁反射燈的需求上漲，此種聚光燈型經(jīng)過電路串聯(lián)后，往往需要30～40瓦的功率才能啟動。

　　吳玉君指出，由于之前居家照明用的球泡燈僅需12瓦左右功率即可運作，因此，MOSFET大多由于空間限制，便與LED驅(qū)動IC封裝在一起。不過，這樣的封裝形式不僅限制驅(qū)動IC應(yīng)用的LED燈瓦數(shù)，更重要的是若MOSFET導(dǎo)通電阻值(RDS(ON))低，則將以高電流運作，以提高效率，但其若同時與驅(qū)動IC放在一起，反而會讓燈泡整體功耗變高。

　　英飛凌(Infineon)電源管理及多元電子事業(yè)處資深經(jīng)理張文貴亦有相似看法，他指出，燭光燈、球泡燈等封裝形式較小的LED燈可采整合式方案，至于戶外LED照明應(yīng)用，則因其常有雷擊透過電力線傳導(dǎo)到接地線，進而對LED路燈照明品質(zhì)產(chǎn)生干擾的情形，為提高驅(qū)動IC可靠度，1，000伏特(V)以上的高壓MOSFET將成為重要關(guān)鍵。

　　張文貴進一步指出，在這樣的應(yīng)用中，若將MOSFET獨立于驅(qū)動IC外將是較好的安排，原因在于MOSFET與驅(qū)動IC于制程上有高低壓之分，若將兩者放在一起，結(jié)果將是MOSFET與驅(qū)動IC的功能將無法在電路設(shè)計過程中確實優(yōu)化，廠商還須要加上更多元件補強功能，如此一來，整體電路板成本反而未必能因整合而降低。

　　吳玉君指出，意法半導(dǎo)體針對LED市場最新趨勢，將于今年第四季推出新的脈寬調(diào)變(PWM)LED驅(qū)動IC，并額外搭配800伏特MOSFET，這樣的驅(qū)動IC架構(gòu)將有助于意法半導(dǎo)體搶攻高功率LED照明應(yīng)用市場，并帶給客戶更多的設(shè)計彈性。

　　LED驅(qū)動技術(shù)發(fā)展趨勢

　　從目前市場了解來看，LED日光燈管式結(jié)構(gòu)應(yīng)用會較好發(fā)展。從家居照明來看，合適的照明強度還是需要10W以上節(jié)能燈具產(chǎn)品。熒光燈大多在7～15W功率，節(jié)能型日光燈在20～40W功率。如果用LED集中設(shè)計10W以上的功率，散熱會令我們很頭痛，也是影響成本的重要因數(shù),顯然像燈泡結(jié)構(gòu)式的產(chǎn)品很不適合LED應(yīng)用。像射燈這樣產(chǎn)品不大可能規(guī)模量產(chǎn)民用。日光燈管式結(jié)構(gòu)符合LED散熱要求，也符合現(xiàn)有燈具接口方式。

　　廠商從成本考量，大多設(shè)計功率在20W以內(nèi)的LED燈管，從不斷增長的LED亮度來說20W符合未來LED照明光源發(fā)展要求，待LM值達到150LM/W時，才是LED照明大呼節(jié)能輝煌時代!未來的方式是，先恒壓，再線性恒流整合方式。電壓保證在一定范圍內(nèi)適應(yīng)負(fù)載需要，按LED有不同的Vf值3～3.6V之間，那按LED實際數(shù)量乘于3V計算出最低值，再按3.6V電壓乘于數(shù)量計算出最大可能電壓值，最終確定電源部分需要調(diào)整的電壓范圍。再線性恒流源后端恒流，可以多路恒流源并聯(lián)使用，也可以單路多個恒流源增加電流使用。前端電壓源部分采樣檢測恒流源壓差，調(diào)整合適負(fù)載需求電壓，從而達到高效、靈活的驅(qū)動線路需求。

　　具體表現(xiàn)為以下四點：

　　1、針對LED的特點開發(fā)一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術(shù)將每顆LED的輸入電流控制在最佳電流值，使得LED能獲得穩(wěn)定的電流，并產(chǎn)生最高的輸出光通量。LED驅(qū)動電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動的情況下最好能控制LED電流的大小。

　　2、LED驅(qū)動電路具有智能控制功能，使LED的負(fù)載電流能夠在各種因素的影響下都能控制在預(yù)先設(shè)計的水平上。當(dāng)負(fù)載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時，初級控制IC可以通過控制開關(guān)使負(fù)載電流回到初始設(shè)計值上。

　　3、在控制電路電路設(shè)計方面，要向集中控制，標(biāo)準(zhǔn)模塊化，系統(tǒng)可擴展性三方面發(fā)展。

　　4、在目前LED光效和光通量有限的情況下，充分發(fā)揮LED色彩多樣性的特點，開發(fā)變色LED燈飾的控制電路。