解析LED通用照明面臨的四大挑戰

　　LED驅動解決方案

　　對于LED照明應用來說，驅動電源部分的作用至關重要，因為如果驅動電源部分無法給予支撐，那么再高的LED光效也是浪費。可以這么說：高效的驅動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設計中最大的問題是如何保證驅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計原理和具體方法，并懂得如何測試產品的可靠性。''

　　LED驅動電源的可靠性很大程度上與''熱''相關，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產品的壽命。相關內容我們已經在上文進行了討論，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 驅動方案--NSI45系列雙端和三端線性恒流穩流器（CCR），使用了正在申請專利的自偏置晶體管（SBT）技術。這種方案比線性穩壓器更簡單，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）有限公司工業及多元化電子市場事業部銷售及業務開發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型LED驅動IC--ICL8001G,適用于住宅照明 用高效LED燈泡。該產品采用彈性設計，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，同時也是唯一的整合功率因數校正（PFC）功能的主控式離線型LED驅動器解決方案。

　　雖然LED驅動市場主要由TI、NS、安華高、Linear、NXP等歐美企業，以及聚積、立?、點晶、研晶等臺灣廠商占領，但是目前中國本土的幾家公司在該領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所需的恒流驅動電源。''我們的優勢是掌握了核心芯片技術，此外我們還集中于路燈、日光燈、隧道燈等的調光技術，并擁有5項專利。''茅于海表示。據悉，龍貿已經量產的降壓型大功率LED恒流驅動模塊SLM2842J得到了業內不少好評，該模塊可以在輸入電壓為36V時驅動10串6并1W的LED,或者10串2并3W的LED,驅動功率高達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LED照明設計過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、光學組件，以及電子驅動電路看成一個整體，確保每個組件的設計都提供最大能效。他表示。

　　在實際操作中，瑞豐光電將上述觀念模組化，推出了室內照明模組化解決方案。模組化就是將光源、散熱部件、驅動電源組成模塊批量生產，通過模具制造出標準化的LED照明產品。''瑞豐光電研發中心大功率LED模組開發部主管劉鑫表示，“盡管目前本土企業在LED外延片和芯片方面無法繞過國外企業的專利壁壘，但模組的批量生產具有價格優勢，特別對下游LED照明應用企業來說是一個不錯的選擇。”

　　現在很多企業在球泡燈中加入3520、5050等小功率LED光源用于室內照明，但產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。“我們認為，將傳統燈泡裝上LED光源，完全不等同于半導體照明。”劉鑫表示，“LED要想真正走入千家萬戶，就要發揮其優勢，而這應該是一個系統化工程，包括電源系統、LED光源、驅動系統、光學系統、外觀結構設計、散熱系統、智能控制系統等多個方面。”

　　正如前面提到的，光品質包括演色性、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化得以改善。”劉鑫表示。這里的物料選擇包括熒光粉和芯片。封裝時，可以利用設備去檢驗芯片以及熒光粉進料激發出的波長有多寬，從而檢驗來料是否符合要求。其次是模組電源內電路的設計，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照明設計中將會更加凸顯。模組電源通過結構的優化設計，例如使用反射杯來降低眩光。而這也正是瑞豐光電在結構上的創新設計之一，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計。模組光源通過結構設計來解決這個問題。壽命和散熱有直接關系，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，都跟結溫有很大關系。一般情況下，LED的結溫每升高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環節，其實就把整個應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、功率等級不規范，以及空間有限、散熱條件差、電源能耗影響燈具環境溫度等問題。飛兆半導體深圳分公司技術市場部經理錢家法表示，不同功率等級的LED應用可能遭遇不同的問題。例如，小功率應用可能由于空間太小導致驅動板無法安置，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。針對各種不同的應用場合，飛兆半導體推出了多種LED驅動器解決方案，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解決方案等等。

　　黎志遠指出，工程師在設計LED驅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轉換器市場，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。

　　該產品與安森美的NCL3000功能類似。NCL3000是一款單段式功率因數校正TRIAC可調光LED驅動器，用于8W-25W功率的住宅及商業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。恒定導通時間CrM工作特別適合于隔離型反激LED應用，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照明領域很重要，目的是符合''能源之星''固態照明規范等各種規范要求及整體系統光效要求。