LED驅(qū)動(dòng)：照明應(yīng)用看好 散熱仍是難題
照明驅(qū)動(dòng)技術(shù)門檻頗高
●LED照明進(jìn)入普通民用領(lǐng)域尚需時(shí)日
●關(guān)鍵技術(shù)被國外壟斷
LED照明已經(jīng)展示了巨大的潛力，但在不同的應(yīng)用領(lǐng)域其發(fā)展水平并不均衡，因此，不同領(lǐng)域的驅(qū)動(dòng)電路市場表現(xiàn)也參差不齊。杭州士蘭微電子電源及功率驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品線總經(jīng)理吳建興在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示，LED照明市場發(fā)展主要的障礙是成本偏高，所以LED照明首先將在對(duì)成本相對(duì)不敏感的領(lǐng)域得到發(fā)展，如景觀照明、路燈及車燈等;杭州茂力半導(dǎo)體技術(shù)有限公司暨M(jìn)PS杭州研發(fā)中心總經(jīng)理任遠(yuǎn)程也表達(dá)了類似的觀點(diǎn)，他認(rèn)為，受限于高昂的價(jià)格，LED照明的應(yīng)用目前仍集中在市政工程上，大規(guī)模地進(jìn)入普通民用領(lǐng)域可能還需要3到5年。
安森美半導(dǎo)體電源及便攜產(chǎn)品全球銷售及營銷總監(jiān)鄭兆雄也向記者表達(dá)了該公司對(duì)LED照明市場的重視，他說：“安森美半導(dǎo)體將充分發(fā)揮公司在電源管理領(lǐng)域的技術(shù)專長和大批量制造方面的實(shí)力，為汽車照明、商業(yè)照明、戶外照明及通用照明等多種應(yīng)用提供LED驅(qū)動(dòng)方案。”
在技術(shù)上，照明應(yīng)用對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電路也提出了更高的要求。飛兆半導(dǎo)體PCIA照明部總監(jiān)李在鵬告訴記者：“LED照明驅(qū)動(dòng)電路越來越專注于穩(wěn)定的亮度和功率轉(zhuǎn)換效率，追求更高的功效、更高的集成度以及更小的外形尺寸。”就系統(tǒng)而言，大功率LED照明技術(shù)涉及電學(xué)、光學(xué)、熱學(xué)、力學(xué)等多個(gè)學(xué)科，無錫晶凱科技有限公司董事長黃偉博士告訴記者：“從實(shí)現(xiàn)手段上來看，LED照明技術(shù)囊括了功率器件及其高壓制程工藝、功率集成電路設(shè)計(jì)、熱學(xué)管理、先進(jìn)封裝及其光電集成技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)制造技術(shù)。”“與發(fā)達(dá)國家相比，我國在照明LED驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域起步較晚且基礎(chǔ)較為薄弱，缺乏具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)。”黃偉說，“目前用于大功率LED的驅(qū)動(dòng)IC芯片技術(shù)主要被幾家歐美半導(dǎo)體大公司所壟斷，尤其是應(yīng)用于25W～100W功率范圍的小區(qū)道路照明和輸出功率100W以上的主干道照明，由于需要用到隔離性的反激式變換器，因此只有少數(shù)幾家企業(yè)掌握了該技術(shù)。”據(jù)黃偉介紹，用于白熾燈的阻性TRIAC調(diào)光器難以對(duì)CFL、LED等容性電光源進(jìn)行調(diào)光，這一直是LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)的瓶頸，晶凱科技開發(fā)出應(yīng)用于110V～260V交流照明應(yīng)用的首枚國產(chǎn)AC/DC高壓芯片，以多項(xiàng)獨(dú)創(chuàng)的精確調(diào)光鎮(zhèn)流技術(shù)，突破了這一瓶頸，達(dá)到可直接替換高能耗的白熾燈、實(shí)現(xiàn)LED可自由配合阻性TRIAC調(diào)光器使用的目的。
室內(nèi)外應(yīng)用各具特色
●路燈照明需適應(yīng)惡劣環(huán)境
●室內(nèi)應(yīng)用應(yīng)考慮兼容性
在LED照明應(yīng)用中，室外照明和室內(nèi)照明在驅(qū)動(dòng)方式上有明顯的區(qū)別。據(jù)吳建興介紹，路燈采用交流供電，需要將交流轉(zhuǎn)成直流，再實(shí)現(xiàn)恒流控制。路燈的輸出功率大，工作環(huán)境最惡劣，需要考慮極端溫度條件，同時(shí)考慮到路燈的維護(hù)成本，產(chǎn)品的可靠性要求也很高;相對(duì)于路燈而言，室內(nèi)照明功率小，工作環(huán)境相對(duì)良好，但對(duì)成本比較敏感，同時(shí)還必須考慮到與原照明接口的兼容性，對(duì)產(chǎn)品的體積也有嚴(yán)格要求。
任遠(yuǎn)程則從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的角度向記者解釋了室外和室內(nèi)照明LED驅(qū)動(dòng)電路的差異，他說：“路燈照明采用三級(jí)架構(gòu)，即‘PFC(功率因數(shù)校正)+隔離DC/DC變換器+降壓恒流變換器’。通常前兩級(jí)由電源廠商設(shè)計(jì)生產(chǎn)，是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的電源，提供一個(gè)穩(wěn)定的直流電壓給燈具，而第三級(jí)則由LED系統(tǒng)廠商自己設(shè)計(jì)，與燈具構(gòu)成一個(gè)整體。第三級(jí)電路由于和發(fā)熱嚴(yán)重的LED在一起，要求極高的轉(zhuǎn)換效率。室內(nèi)照明通常采用單級(jí)架構(gòu)，雖然是否需要PFC目前還沒有定論，但是業(yè)界已經(jīng)普遍認(rèn)為如果把傳統(tǒng)的白熾燈全部換成LED，諧波對(duì)電網(wǎng)的污染不可小視，所以PFC還是必要的;已有的白熾燈和熒光燈往往和調(diào)光器是配套安裝使用的，換裝的LED燈具必須能和原有的調(diào)光器匹配工作;此外，根據(jù)具體的應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)電路可以是隔離的，也可以不隔離。”
延長壽命有待努力
●解決散熱問題是延長LED壽命關(guān)鍵
●熱敏電阻承擔(dān)LED器件保護(hù)重任
LED產(chǎn)品的使用壽命也是消費(fèi)者非常關(guān)注的問題，甚至有觀點(diǎn)認(rèn)為是驅(qū)動(dòng)電路這塊短板讓LED產(chǎn)品變得“短命”。鄭兆雄告訴記者：“LED產(chǎn)品本身具有很長的使用壽命，如果驅(qū)動(dòng)電路的可靠性較低，會(huì)影響其使用壽命，進(jìn)而影響整個(gè)照明系統(tǒng)的壽命。提供高可靠性的驅(qū)動(dòng)電路本身并不難，難的是在保持極高可靠性的同時(shí)，還要降低成本。因此，設(shè)計(jì)人員選擇合適的LED驅(qū)動(dòng)器及外部元件就顯得尤為重要，要確保驅(qū)動(dòng)電路的可靠性和壽命與LED的可靠性和壽命相匹配。”在李在鵬看來，解決壽命問題的方案需根據(jù)器件功率的不同來加以選擇，他表示，按照功率從低到高可分別采用非隔離型降壓、隔離型PSR反激式、單級(jí)反激式、準(zhǔn)諧振和LLC半橋拓?fù)?，以達(dá)到更高的功效，實(shí)現(xiàn)精確的恒流控制。“在照明領(lǐng)域，驅(qū)動(dòng)電路的最大困難是如何解決散熱的問題。”任遠(yuǎn)程說，“如果散熱效果不佳，電路中電解電容的壽命將大大降低，將嚴(yán)重影響LED產(chǎn)品的壽命。解決方案包括提高驅(qū)動(dòng)電路的效率，提高散熱能力，在電路中通過一些獨(dú)特的設(shè)計(jì)甚至可以去掉電解電容。”吳建興則認(rèn)為，LED照明是一個(gè)系統(tǒng)，由 LED、電子系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等組成，這三者是密不可分的;LED的壽命需要在穩(wěn)定的輸入電壓、恒定的輸出電流、低于60℃的環(huán)境溫度下才能體現(xiàn)。
除了提高系統(tǒng)效率之外，業(yè)界也考慮采用特殊的器件對(duì)LED進(jìn)行保護(hù)，從而提高系統(tǒng)的壽命。泰科電子電路保護(hù)事業(yè)部高級(jí)應(yīng)用經(jīng)理在接受《中國電子報(bào)》記者采訪時(shí)表示：“LED的性能和壽命是與LED的PN結(jié)工作溫度緊密相關(guān)的，對(duì)LED結(jié)溫的有效控制是保護(hù)LED的根本要求。雖然這項(xiàng)技術(shù)正在不斷普及，但 LED照明廠家仍在繼續(xù)攻克LED光源熱敏感性強(qiáng)的難題。熱量過多或應(yīng)用不當(dāng)都會(huì)使LED光源的性能大打折扣。當(dāng)LED芯片內(nèi)結(jié)溫度升高10攝氏度時(shí)，光通量就會(huì)衰減1%，LED壽命就縮短50%。過流、過壓和過熱都會(huì)顯著地降低LED的發(fā)光性能并縮短使用壽命。所以，除了良好的散熱設(shè)計(jì)之外，安全可靠的過熱保護(hù)也是必須加以考慮的。”據(jù)泰科電子電路保護(hù)事業(yè)部高級(jí)應(yīng)用經(jīng)理介紹，泰科電子在1980年首次將PPTC(高分子正溫度系數(shù))材料用作保護(hù)電路的熱敏電阻。這種單器件方案可以對(duì)因電源使用不當(dāng)導(dǎo)致的受損提供保護(hù)，并具有瞬態(tài)抑制、反向偏壓保護(hù)能力，也可防止因過流事件而受損，可復(fù)位PPTC器件可以防止因LED照明應(yīng)用中過流和過溫故障造成的損害。
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