談LED照明芯片的技術(shù)趨勢

凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong稱，隨著LED的進(jìn)一步發(fā)展，其效用或從電源產(chǎn)生光輸出的能力只會繼續(xù)提高。其次，LED照明具有環(huán)保的特點(diǎn)，不需要處理、暴露和棄置于冷陰極熒光燈(CCFL)中常見的有毒水銀蒸氣。最后，白熾燈泡在使用約1000小時(shí)以后，常常需要更換，而熒光燈可以持續(xù)使用長達(dá)1萬小時(shí)。不過，與LED照明可提供超過10萬小時(shí)的壽命相比，這些數(shù)字就相形見絀了。 　　散熱、可靠性和安規(guī)需要重點(diǎn)考慮 　　德州儀器(TI)業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理韓乾全分析道，眾所周知，LED驅(qū)動模塊工作環(huán)境溫度較高，且模塊散熱條件較差，從而導(dǎo)致LED驅(qū)動電路一直在較高溫度下工作，這會導(dǎo)致LED應(yīng)用可靠性降低、使用壽命縮短等一系列問題，因此散熱不得不重點(diǎn)考慮；可靠性和安規(guī)是很容易被有意忽略的部分，尤其是在強(qiáng)制執(zhí)行相關(guān)規(guī)定前，為了降低成本，部分LED照明廠商會省略可靠性和安規(guī)方面電路；但這恰恰是LED照明產(chǎn)業(yè)能否長久發(fā)展的根本，也是LED驅(qū)動芯片廠商設(shè)計(jì)能力的體現(xiàn)，不同的芯片廠商提供的方案，增加這部分電路增加的成本差別很大。 　　臺灣的聚積科技股份有限公司產(chǎn)品總監(jiān)俞仲威認(rèn)為應(yīng)注意到標(biāo)準(zhǔn)化成形的趨勢，如美國能源之星及日本PSE規(guī)范。此外，調(diào)光功能越來越受重視，例如傳統(tǒng)的可控硅調(diào)光，1~10V調(diào)光，以及DALI調(diào)光。最后，就是針對解決散熱問題所衍生出對驅(qū)動方案的要求，除了成本的考慮，更輕量化的要求，同時(shí)也必須兼顧更好的電氣特性(效率、功率因數(shù)、電磁干擾、輸出紋波等)。 　　LED需要豐富的電源轉(zhuǎn)換與驅(qū)動方案 　　安森美半導(dǎo)體照明市場技術(shù)行銷經(jīng)理林志彥表示，LED本質(zhì)上是低壓器件，根據(jù)色彩及電流的不同，其正向壓降可能在2~4.5V之間變化，而且LED需要以恒流來驅(qū)動，從而確保提供所要求的發(fā)光強(qiáng)度和色彩。與此同時(shí)，LED應(yīng)用多種多樣，需要采用不同的電源來供電，如高壓AC-DC、中等電壓DC-DC以及低壓DC-DC等。 　　這就要求根據(jù)具體應(yīng)用要求，采用適合的電源轉(zhuǎn)換及LED驅(qū)動方案來驅(qū)動LED，如開關(guān)型驅(qū)動器、線性驅(qū)動器、線性恒流穩(wěn)流器(CCR)，以及高壓開關(guān)電源方案、功率因數(shù)校正(PFC)控制器，甚至是新穎的照明管理集成電路(LMIC)，以配合具體應(yīng)用需求，提供高能效及高可靠性，幫助發(fā)揮LED的長壽命優(yōu)勢。 　　聚積科技也認(rèn)為市場已不盲目追求“一次滿足”的方案，而是了解到各項(xiàng)特性之間存在著沖突，比如傳統(tǒng)單級輸出架構(gòu)下，功率因數(shù)與輸出紋波無法同時(shí)優(yōu)化而必須做出妥協(xié)。因此，聚積科技的策略是針對客戶不同需求提出不同的解決方案。以架構(gòu)而言，在市場近年來片面傾向隔離式方案時(shí)，聚積認(rèn)為不能忽略非隔離式架構(gòu)在特定應(yīng)用上無可取代的優(yōu)勢，因此仍持續(xù)開發(fā)出多樣性的產(chǎn)品。目前除了主動功率因數(shù)校正產(chǎn)品、可控硅調(diào)光及四段調(diào)光產(chǎn)品已順利服役外，聚積也積極地朝向更高性價(jià)比的方案努力。 　　離線式電源驅(qū)動促進(jìn)應(yīng)用 　　凌力爾特公司電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong稱，特別是在驅(qū)動HB(高亮度)LED的場合，通過運(yùn)用一種滿足輸入電壓范圍以及所需輸出電壓和電流要求的轉(zhuǎn)換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，凌力爾特的LED驅(qū)動器IC能夠提供適合諸多不同類型LED配置的足夠電流和電壓。 　　具體來看，僅用離線式電源驅(qū)動LED就可使應(yīng)用呈指數(shù)性地飛速增長，因?yàn)椴还苁巧逃媒ㄖ€是居民住宅中，這種形式的電源都可以非常便利地得到。雖然LED燈的更換附屬裝置相對簡單，最終用戶很容易安裝，但是對LED驅(qū)動器IC的新要求卻極大地提高了。由于LED需要一個(gè)良好調(diào)節(jié)的恒定電流源以提供恒定的光輸出，所以用AC輸入電源為LED供電需要采取一些特殊的設(shè)計(jì)方法，要滿足一些非常特別的設(shè)計(jì)需求。為此，凌力爾特近期推出了一款創(chuàng)新的離線式單級有源功率因數(shù)校正(PFC)隔離型反激式LED控制器，即LT3799。 　　兼容性和集成控制成亮點(diǎn) 　　Marvell綠色能源部營銷總監(jiān)Lance Zheng指出，2011年，整個(gè)照明市場的增長超過了40%，2012年成為LED市場起飛的關(guān)鍵年。兼容性和集成控制將成為技術(shù)發(fā)展的兩大亮點(diǎn)。 　　首先是兼容性，現(xiàn)有的照明架構(gòu)基于傳統(tǒng)的照明技術(shù)，比如白熾燈技術(shù)。由于空間受限，如要替換這些燈泡和配置，LED燈需要采用相同規(guī)格的燈泡，以便和照明控制設(shè)備(例如已經(jīng)配置的TRIAC調(diào)光器)相匹配。為了應(yīng)對這個(gè)問題，燈泡內(nèi)的驅(qū)動電路板面積就需要減小，同時(shí)要與各種調(diào)光器兼容。 　　其次是集成控制功能。通過很低的成本，為LED驅(qū)動電路增加無線控制技術(shù)即可帶來全新特性，例如色溫調(diào)節(jié)、模式照明、場景控制等。這些很酷的特性基于LED技術(shù)，有助于增加用戶對LED照明技術(shù)的接受度。 　　感知照明時(shí)代即將來臨 　　奧地利微電子傳感驅(qū)動照明部門總監(jiān)Sajol Ghoshal指出，推動LED照明技術(shù)不斷向前發(fā)展的主要因素是法規(guī)。目前，建造新的電廠已經(jīng)變得非常昂貴，因此未來十年里，世界各地的政府都在尋求顯著降低能源消耗的良方。一棟建筑物中，相當(dāng)高比例的能源消耗來自于照明。因此，強(qiáng)制降低能源消耗的新法規(guī)將影響照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝應(yīng)用。歐盟正在計(jì)劃逐步淘汰低效的燈泡，也已經(jīng)針對商業(yè)照明制定條例規(guī)定。 　　從歷史上來看，照明是一個(gè)粗糙控制的電負(fù)載，用一個(gè)簡單的開關(guān)手動控制，可以進(jìn)一步精細(xì)化控制。例如美國加州議會法案32法規(guī)，要求建筑物到2018年減少一半的能源消耗。其他建筑法規(guī)，例如加州Title 24對此甚至提出了更具體的要求，諸如要求通過窗戶和天窗實(shí)施日光捕捉以降低能耗，以及要求建筑物配備自動照明控制系統(tǒng)。目前，低成本的被動式紅外線探測器已很少用于房間內(nèi)。通過建筑系統(tǒng)控制照明能大大降低能源消耗，為用戶帶來高度優(yōu)化的照明從而提高舒適度體驗(yàn)，從這方面來看，顯然還有很長一段路要走。 　　因此，利用LED電源及靈活的優(yōu)勢，在下一代照明系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)照明控制將是主要趨勢。該方案可以使照明系統(tǒng)能根據(jù)環(huán)境變化調(diào)整LED自身的亮度和色彩以配合環(huán)境需求，例如當(dāng)房間內(nèi)有足夠的日光或房間長時(shí)間無人時(shí)，該方法就可自動地減少大量能耗。 　　智能調(diào)光方案 　　NXP半導(dǎo)體也是智能調(diào)光的積極推動者。其大中華區(qū)照明產(chǎn)品市場經(jīng)理張偉超介紹道，對于LED照明驅(qū)動器廠商，設(shè)計(jì)的方案需要更大限度地提升性能，包括PFC、THD、效率、輸出恒流精度等關(guān)鍵性能，同時(shí)減少電路板空間需求，降低設(shè)計(jì)復(fù)雜性和系統(tǒng)成本。同時(shí)，隨著LED住宅和商業(yè)照明應(yīng)用的發(fā)展，調(diào)光的需求增大，但白熾燈用到的可控硅調(diào)光仍然會存在，所以驅(qū)動IC的架構(gòu)設(shè)計(jì)中需要面對更廣泛的調(diào)光兼容性問題。 　　同時(shí)未來照明方案趨向于更智能的調(diào)光，考慮節(jié)能的因素，在照明領(lǐng)域最大的突破是改進(jìn)照明的應(yīng)用模式，即智能化，無線照明控制，或者“智能照明”。智能照明標(biāo)志著我們與光的關(guān)系發(fā)生了根本的變化——無論在家、辦公室，甚至室外。用一個(gè)安全、小型、低成本的方案，將無線IP與高能效照明技術(shù)聯(lián)系在一起，可以轉(zhuǎn)換我們的設(shè)計(jì)、控制和管理照明的方式。對于有IP地址的每個(gè)燈泡，這個(gè)完整的硬件/軟件方案可以實(shí)現(xiàn)IP間的連接，這樣就可以建立一個(gè)通過如智能手機(jī)、平板電腦和個(gè)人電腦等很容易控制的先進(jìn)的照明系統(tǒng)。 　　圖1中的智能照明網(wǎng)絡(luò)，包括了燈、開關(guān)、傳感器、遠(yuǎn)程控制，以及可選的通過智能手機(jī)、平板電腦和個(gè)人電腦的網(wǎng)管實(shí)現(xiàn)的IP控制方式。這些燈可以通過基于6LoWPAN的JenNet-IP堆棧協(xié)議實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)IP控制。 　　相比傳統(tǒng)控制方案更優(yōu)越的是，JenNet-IP SW堆棧允許系統(tǒng)通過智能手機(jī)、平板電腦和個(gè)人電腦來控制。這些功能可以通過低成本的網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)，既可以通過互聯(lián)網(wǎng)也可以通過局域網(wǎng)(LAN)來控制。芯片iCFL或iSSL的方案適用于從家庭用戶到具有管理系統(tǒng)的專業(yè)用戶。