高效能驅動LED照明發展趨勢

以一款典型的100 W白熾燈為例，其中約有95 W的電能轉化為熱量，剩余的僅5 W電能轉化為光。因此，世界上許多國家都開始逐步淘汰一般的白熾燈，鼓勵使用節能燈。與白熾燈相比，緊湊型熒光燈(CFL)和線性熒光燈(LFL)等節能燈的能耗大幅下降(僅相當于白熾燈的約1/5)。

　　這些傳統節能燈中包含劇毒化學物質汞，對環境有不良影響。另一方面，高亮度發光二極管二極管

　　二極管又叫半導體二極管、晶體二極管，是最常用的基本電子元件之一。二極管只往一個方向傳送電流，由p型半導體和n型半導體形成的p-n結構成，在其界面處兩側形成空間電荷層，并建有自建電場。當不存在外加電壓時，由于p-n 結兩邊載流子濃度差引起的擴散電流和自建電場引起的漂移電流相等而處于電平衡狀態。

(HB-LED)近年來在光輸出、能效(efficacy)及成本等方面全面改善，同時結合小巧、低壓工作及環保等眾多優勢，正在照明領域掀起革命。

　　LED照明進入各領域，應用將更普及

　　如今，在屏幕尺寸小于4英寸的手機、相機閃光等移動設備應用中，及路邊及體育場中大型顯示屏應用中，LED照明，或稱固態照明(SSL)，幾乎占據了100%的份額。除此之外，LED照明也向其它領域邁進。如在汽車應用中，LED照明占據約15%的份額。而在較大液晶顯示屏液晶顯示屏

(LCD)背光

　　屏幕的背景光。常被用于LCD顯示上，其光源可能是白熾燈泡、電光面板(ELP)、發光二極管(LED)、冷陰極管(CCFL)等。電光面板提供整個表面均勻的光，而其他的背光模組則使用散光器從不均勻的光源中來提供均勻的光線。 　　背光可以是任何一種顏色，單色液晶通常有黃、綠、藍、白等背光。而彩色顯示采用白色白光，因其涵蓋最多色光。

應用中，雖然冷陰極熒光燈(CCFL)如今仍然占據主導地位，但LED照明的總滲透率也達到約20%，參見圖1。

　　特別是在備受矚目的大尺寸液晶電視背光應用中，據Laurent Jenck指出，預計LED背光的液晶電視在未來3到4年間，將占據至50%的份額。

圖1：LED照明在各種應用的滲透比例

　　安森美半導體在電源管理及高能效方案具備專長及優勢 ，故能發揮其在電源能效方面的領先實力，提供專用LED驅動器用于便攜、消費、工業和汽車等市場，并且固態照明方案符合或超越世界各地的規范要求，即如GreenPoint參考設計電源般。

　　相比較而言，LED照明在燈泡、嵌燈、街道及區域照明、任務燈、景觀照明、商業建筑物照明及廣告牌文字電路照明等通用照明領域的滲透比例還偏低，目前小于2%，遠低于其它照明類型。但LED照明具有高能效等優勢，讓其在通用照明市場也極具應用潛力。例如，安森美半導體對從零售商店購得的一款鹵素臺燈(采用35 W燈泡)進行重新設計，原鹵素燈中無電子組件，僅含1個較重的60 Hz變壓器,變壓器（Transformer）是利用互感原理來改變交流電壓的裝置，主要構件是初級線圈、次級線圈和鐵心（磁芯）。在電器設備和無線電路中，常用作升降電壓、匹配阻抗，安全隔離等。變壓器是變換電壓、電流和阻抗的器件，當初級線圈中通有交流電流時，鐵芯（或磁芯）中便產生交流磁通，使次級線圈中感應出電壓（或電流）。它由鐵芯（或磁芯）和線圈組成，線圈有兩個或兩個以上的繞組，其中接電源的繞組叫初級線圈，其余的繞組叫次級線圈。這鹵素燈在120 Vac條件下的輸入功率為41.7 W，在0.5米距離處測得的光亮度為744流明。重新設計的臺燈采用LED模塊，燈底部采用安森美半導體NCP1014自供電單片式開關,開關是最常見的電子元件，功能就是電路的接通和斷開。接通則電流可以通過，反之電流無法通過。在各種電子設備、家用電器中都可以見到開關。 穩壓器，在120 Vac條件下輸入功率為10.9 W，即能耗僅相當于鹵素燈的1/4；同時，這LED臺燈在同等距離條件下測得的光亮度為795流明，更優于鹵素燈，其72.9流明/瓦(lm/W)的能效(efficacy)更是數倍于鹵素燈(17.8 lm/W)。

　　當然，價格是LED照明在通用照明領域快速普及的一項制約因素。不過，安森美半導體的Laurent Jenck援引半導體的發展歷史指出，當半導體技術剛剛問世，其成本非常高昂以至于應用局限在美國軍方的對成本不敏感的應用中，如軍事衛星；但隨著應用范圍的拓廣及應用的增多，半導體產品最后進入消費市場，廣泛應用于我們日常工作生活的各個角落。因此，隨著應用的增多，LED照明的價格/成本將可逐步趨向消費應用。Laurent Jenck預計，LED通用照明可望在5年內開始進入主流家庭應用。

　　世界各地的規范機構也在積極制定和發布相關的LED照明能效規范。如美國“能源之星”的1.1版固態照明規范于2009年2月開始生效。這規范對聚光燈或戶外燈等不同產品的應用能效要求各不相同，并且包含功率因數要求。就中國而言，負責能效標準設定的中國標準化研究院正牽頭準備在來年研究中國的LED照明能效標準。

　　以寬范圍、高能效及創新的驅動方案促進LED照明發展

　　由于LED照明應用前景廣闊，要促進它的不斷發展，必須針對不同的LED照明應用選擇適合的驅動方案。安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效硅方案供應商，提供寬范圍、高能效及創新和強固的LED照明方案。

　　不論是電池

　　如在電池供電的移動設備背光應用中，可以采用不同的LED驅動技術，如線性電流驅動器、電感升壓型開關穩壓器、電荷泵型驅動器等。這幾種驅動技術各有其特點及要求，所以能配合客戶的需要為他們提供最適合其產品應用的LED驅動技術。如線性電流驅動器簡單易用，無開關噪聲，而且外部元件數量極少，但這種驅動器的正向電壓必須低于電池電壓，且能效與輸入電壓及LED正向電壓有關。電感升壓型開關穩壓器的LED串電流匹配度極佳，且在電池線路電壓范圍內具有極高能效，支持長串LED大功率/高壓工作。電荷泵型驅動器典型產品采用基于電容的開關拓撲結構，并集成線性驅動器用于緊密電流匹配，具有高開關頻率，外部元件數量極少。

　　而在汽車應用中，根據電流大小的不同，同樣需要采用不同的LED驅動器。例如，汽車中一個新的趨勢,是在電流常常僅數十毫安(mA)的組合尾燈應用中以線性恒流穩壓器來替代目前常用的是電阻,電阻，物質對電流的阻礙作用就叫該物質的電阻。電阻小的物質稱為電導體，簡稱導體。電阻大的物質稱為電絕緣體，簡稱絕緣體。

型驅動器。電阻型驅動方案簡單且成本低，但能效極低，還面臨高壓時大電流應力、LED編碼及熱失控等問題或挑戰。

　　有鑒于此，安森美半導體推出了創新的雙端及三端型線性恒流穩壓器(CCR)，它們采用安森美半導體正待批專利的自偏置晶體管晶體管

(SBT)技術，結合公司在工藝控制方面的專長，提供低成本優勢，支持寬電壓范圍，提供比電阻型驅動器更高的能效及較高的穩流精度，并更利于保護LED。

　　其它應用，如建筑物照明中，同樣可以采用安森美半導體的高能效LED驅動方案，如CAT4103、CAT4109三通道線性恒流驅動器是高亮度RGB LED驅動器，應用于新興的高亮度、高視覺沖擊力LED建筑物照明中的RGB LED像素控制。

　　而CAT4106是多通道升壓型LED驅動器，適合較大尺寸的通用LCD背光應用，能夠驅動多達40個白光LED，提供總計達6 W的LED輸出功率，并幫助設計人員提升背光能效至最高。此外，采用LED背光的大尺寸液晶電視日趨多，其中尤以側光式LED背光為主，通常需要采用6個單串的LED光條(每串LED視為一個LED道)。

　　現有6通道側光式LED電視中每個LED通道均含有專用驅動器IC、電感型DC-DC升壓轉換器及及開關。而安森美半導體應用于大尺寸側光式LED背光液晶電視的多通道線性LED驅動器CAT4026是一種高性價比方案，支持高數量的通道，能以單顆IC控制6個LED通道，能效目標范圍高于90%，能效典型值量多達94%，且針對 LED開路和過多LED短路等故障條件提供保護。CAT4026的簡略應用示意圖參見圖2。

圖2：基于安森美半導體CAT4026的大尺寸LED背光液晶電視多通道線性側光方案

　　而在通用照明應用方面，不同功率應用同樣需要不同的LED驅動方案。如在低功率應用中，可以采用安森美半導體的NCL30000帶功率因數校正的離線式LED驅動器，兼容TRIAC調光。這種驅動器直接驅動LED，并帶緊密的恒流輸出穩流；功率因數高于0.9，符合IEC C類諧波含量標準, 超出“能源之星”的規范；處于5至15 W的低輸出功率電平時，能效高于80%，典型能效高于83%，非常適合這類通用照明應用。而在大功率的街道照明應用中，可以采用安森美半導體的NCP1607 PFC控制器加NCP1397諧振半橋控制器這樣的整體式方案，能效達92%-93%，并降低電磁干擾。

　　總結

　　隨著LED在光亮度、能效及成本方面的全面改善，LED照明正從小尺寸移動設備背光、相機閃光、大型顯示屏等專業細分應用進一步擴展開來，邁進汽車照明、較大LCD背光甚至通用照明市場，前景備受看好。瞄準這些應用的設計人員需要選擇高性能、高能效的LED照明驅動方案。

　　安森美半導體身為全球領先的高性能、高能效硅方案供應商，提供豐富的高能效LED驅動器/穩壓器選擇，滿足不同細分應用、電流要求及功率等級的需求，并提供經過測試的高能效GreenPoint參考設計，幫助設計人員縮短設計周期，加快產品上市進程。