解析LED通用照明面臨的四大挑戰(zhàn)

　　LED驅(qū)動(dòng)解決方案

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

　　LED驅(qū)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(yán)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(jìn)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(dòng)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(qǐng)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(jiǎn)單，且成本更低，但性能相比電阻方案又大幅提升，填補(bǔ)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(hù)LED免受過驅(qū)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(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(guó)）有限公司工業(yè)及多元化電子市場(chǎng)事業(yè)部銷售及業(yè)務(wù)開發(fā)高級(jí)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(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(shè)計(jì)，能夠替代所有40W/60W/100W白熾燈泡以及所有典型的消費(fèi)類照明應(yīng)用。ICL8001G節(jié)能效果可達(dá)90%,支援多種已安裝的墻面調(diào)光器，同時(shí)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(dòng)器解決方案。

　　雖然LED驅(qū)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(tái)灣廠商占領(lǐng)，但是目前中國(guó)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(dòng)電源。''我們的優(yōu)勢(shì)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(xiàng)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(dòng)模塊SLM2842J得到了業(yè)內(nèi)不少好評(píng)，該模塊可以在輸入電壓為36V時(shí)驅(qū)動(dòng)10串6并1W的LED,或者10串2并3W的LED,驅(qū)動(dòng)功率高達(dá)60W,效率高達(dá)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(duì)室內(nèi)照明的新一代LED模組

　　安森美的鄭兆雄認(rèn)為L(zhǎng)ED照明設(shè)計(jì)過程中還有一項(xiàng)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(xué)組件，以及電子驅(qū)動(dòng)電路看成一個(gè)整體，確保每個(gè)組件的設(shè)計(jì)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(dòng)電源組成模塊批量生產(chǎn)，通過模具制造出標(biāo)準(zhǔn)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(guó)外企業(yè)的專利壁壘，但模組的批量生產(chǎn)具有價(jià)格優(yōu)勢(shì)，特別對(duì)下游LED照明應(yīng)用企業(yè)來說是一個(gè)不錯(cuò)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(qiáng)、熱處理不夠、壽命短、成本高、顏色差異大等問題?！拔覀冋J(rèn)為，將傳統(tǒng)燈泡裝上LED光源，完全不等同于半導(dǎo)體照明。”劉鑫表示，“LED要想真正走入千家萬戶，就要發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，而這應(yīng)該是一個(gè)系統(tǒng)化工程，包括電源系統(tǒng)、LED光源、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、外觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、散熱系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)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?yàn)樵贚ED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(duì)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(duì)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(shè)備去檢驗(yàn)芯片以及熒光粉進(jìn)料激發(fā)出的波長(zhǎng)有多寬，從而檢驗(yàn)來料是否符合要求。其次是模組電源內(nèi)電路的設(shè)計(jì)，要考慮到整個(gè)模組的串、并情況。第三是要進(jìn)行嚴(yán)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(duì)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LED光效的提升，劉鑫認(rèn)為眩光問題在今后的LED照明設(shè)計(jì)中將會(huì)更加凸顯。模組電源通過結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，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(jì)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(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(yùn)行成本，在壽命控制中，首先要考慮的是散熱設(shè)計(jì)。模組光源通過結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)來解決這個(gè)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(lán)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(huì)降低一半。劉鑫補(bǔ)充道，''模組在解決熱阻方面有其優(yōu)勢(shì)。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(gè)環(huán)節(jié)，其實(shí)就把整個(gè)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(biāo)準(zhǔn)的滯后，市場(chǎng)上LED驅(qū)動(dòng)電源主要采取客戶定制的運(yùn)作模式，因此LED燈具 普遍存在電壓、電流、功率等級(jí)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(dǎo)體深圳分公司技術(shù)市場(chǎng)部經(jīng)理錢家法表示，不同功率等級(jí)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(dǎo)致驅(qū)動(dòng)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(jí)架構(gòu)，從而導(dǎo)致整體成本過高；而大功率對(duì)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(shí)序需要控制，而且效率低下。針對(duì)各種不同的應(yīng)用場(chǎng)合，飛兆半導(dǎo)體推出了多種LED驅(qū)動(dòng)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(jī)背光照明的多通道驅(qū)動(dòng)解決方案等等。

　　黎志遠(yuǎn)指出，工程師在設(shè)計(jì)LED驅(qū)動(dòng)電路的過程中最可能遇到的兩個(gè)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(duì)DC-DC轉(zhuǎn)換器市場(chǎng)，不僅電源轉(zhuǎn)換效率更高，而且具有較強(qiáng)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(yuǎn)表示：只要采用LM3445解決方案，目前市場(chǎng)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(dòng)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(dǎo)電模式（CrM）反激架構(gòu)，以單段式拓?fù)浣Y(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(dǎo)通時(shí)間CrM工作特別適合于隔離型反激LED應(yīng)用，因?yàn)榭刂圃砗?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(guī)范等各種規(guī)范要求及整體系統(tǒng)光效要求。