LED驅(qū)動器與功率芯片發(fā)展趨勢

　　散熱或光衰問題

　　很多LED企業(yè)認為芯片、散熱器是LED壽命的根源，卻沒有注意到LED電源驅(qū)動導(dǎo)致的光衰問題，致使消費者買回去兩年不到就變得跟蠟燭一樣。那么如何更好地解決散熱或光衰等方面的問題?

　　聚積的何宜叡認為，LED芯片本體對壽命的推算，通常由光衰的程度來決定(例如:有些估算方式為光衰達30%或50%)。光衰的程度取決于某一溫度下的光衰系數(shù)與加電時間，而兩者之間又帶有指數(shù)型的關(guān)系。因此當溫度上升過高時，光衰速度急劇增加，會導(dǎo)致LED芯片壽命大幅衰減。

　　另外，電源驅(qū)動端輸出電流紋波過大時，也可能對LED芯片壽命產(chǎn)生明顯影響。電源驅(qū)動器設(shè)計要能夠在滿足高效率甚至高PF(功率因數(shù))值后，仍能輸出高穩(wěn)定度及高精準度的電流十分重要。經(jīng)由選用適合的電源方案可以確保LED芯片壽命在可以控制的范圍內(nèi)，避免不正常的LED光衰。

　　在驅(qū)動電源本體中，多數(shù)半導(dǎo)體組件可以承受較高的環(huán)境溫度。然而有部分元件如電解電容，壽命條件對環(huán)境溫度有極高的要求。除了在元件選用規(guī)格上可以選擇較長壽命之規(guī)格外，在電路設(shè)計上也可以經(jīng)由選用適當?shù)碾娫捶桨?，獲取較高的電源轉(zhuǎn)換效率，進而降低燈具內(nèi)電路熱能堆積。

　　Fairchild的Donghye Cho給出的更好地解決散熱或光衰等問題的辦法是，采用余量控制的線性平衡技術(shù)?金屬芯PCB是減少驅(qū)動電路所產(chǎn)生熱量的良好替代方法，否則，正向電壓可能會隨著溫度而變化。在某些情況下，也可以考慮采用溫度補償電路來減少發(fā)熱問題。

　　“壽命”的定義隨著行業(yè)的不同而變化，半導(dǎo)體器件的有用壽命定義為發(fā)光水平較其原值衰減50%的時間。對于照明行業(yè)，特定燈泡類型的平均壽命則是50%的這類燈泡的壽命點。LED的壽命取決于其封裝配置、驅(qū)動電流以及工作環(huán)境。較高的環(huán)境溫度會大大縮短LED的壽命。

　　為了減少光衰，在應(yīng)用電路的設(shè)計方面必須提高功率因數(shù)和精確連續(xù)電流控制。

　　安森美的鄭宗前指出，LED照明設(shè)計的重要挑戰(zhàn)包括管理溫度及排熱或散熱，從而保持LED的工作溫度低于它們的結(jié)溫。實際上，LED從基底發(fā)光。LED在產(chǎn)生光的過程中，也會產(chǎn)生熱量，且這熱量會使LED的結(jié)溫度升高。由于LED是半導(dǎo)體器件，因此跟任何半導(dǎo)體器件一樣，LED工作溫度低于其150℃的最大結(jié)溫度非常重要。更確切地說，建議LED工作溫度始終低于100℃;一旦高于100℃，LED的可靠性可能會受到影響。要解決好散熱問題，需要提升驅(qū)動電源的轉(zhuǎn)換能效和應(yīng)用更高光效的LED，采用提供強固熱故障保護性能的LED驅(qū)動芯片和散熱性能更好的驅(qū)動芯片封裝，以及散熱性能更好的LED基板等。

　　要延長LED壽命，除了散熱問題，還須應(yīng)對潛在的靜電放電(ESD)損傷問題 。在LED模塊封裝中集成ESD保護是一種適合的解決方案。ESD保護可以應(yīng)用為LED發(fā)射器裸片旁邊的額外裸片，或在更緊湊的布局中用作上面粘接LED發(fā)射器裸片的次級貼裝(submount)，參見圖6。

　　普誠蕭恩煦稱，驅(qū)動電源與LED壽命的不匹配，是目前LED燈具壽命降低的一個因素。目前照明上的LED電源仍多采用電解電容，線路較為復(fù)雜，外圍元件較多，使整體燈具的壽命大打折扣。在LED燈泡的照明領(lǐng)域，未來的驅(qū)動方案將以無電解電容、驅(qū)動芯片高度集成化為主流。同時，驅(qū)動芯片需解決自身以及所控制器件的發(fā)熱問題，這也是燈具熱源不可忽略的一部分。

　　全彩LED顯示屏及標牌

　　去年上海世博會一共用了十億顆LED，其中絕大部分用于RGB(紅綠藍)三色LED組成的燈外墻顯示，例如中國館的清明上河圖。

　　奧地利微電子消費與通信部平板光源業(yè)務(wù)市場經(jīng)理Markus Luidolt稱，用于戶外顯示屏背光等苛刻應(yīng)用的壽命長達10萬小時的LED已開發(fā)出來。

　　賽迪的張曉康具體分析指出，在LED顯示屏驅(qū)動芯片領(lǐng)域，全彩LED顯示屏所用的恒流驅(qū)動IC將會成為市場競爭的主要戰(zhàn)場，能夠滿足LED顯示更高均勻性與可靠性，集成度更高，功能更加豐富、成本更加低廉的LED顯示屏驅(qū)動IC已成為目前乃至未來產(chǎn)品研發(fā)和市場關(guān)注的焦點。

　　近日，TI推出一款帶 4 通道分組式延遲的串行控制 16 通道恒流LED 驅(qū)動器——TLC59282。TI中國區(qū)電源產(chǎn)品業(yè)務(wù)拓展工程師吳濤詳細解釋了該產(chǎn)品推出的種種考慮。因為目前16通道是整個市場的趨勢，也不排除8或24通道的芯片，但8和24更多是針對一些特殊應(yīng)用和某些客戶的芯片。此次發(fā)布的TLC59282芯片支持的電流范圍是2~45mA，其中數(shù)字2和45都很重要。2意味著它支持每通道最低2mA，這有什么好處呢?現(xiàn)在LED顯示屏分普通和高亮LED。對于普通LED顯示屏，其驅(qū)動電流一般是15~20mA。高亮LED雖然貴一些，但可以把驅(qū)動電流降下來，比如可以在8mA或5mA的工作電流就使LED顯示屏達到同樣的亮度。如果LED驅(qū)動器最少支持的電流也是5mA，它穩(wěn)流的精度和長期使用的壽命都會有缺陷。通常我們要給指標留一些余量。對一個5mA應(yīng)用來講，通常LED驅(qū)動器要保持3~4mA才可以保證5mA能有很好的應(yīng)用。因此，2mA為什么重要?因為它可以支持高亮LED。另外，普通LED在白天用時，由于有日照，把LED燈打得很亮才能看得清;但晚上可以把LED燈電流顯著降下來。所以正常使用15mA的時候，到了晚上可能只需要5mA或8mA電流。還有，對于一些低灰度畫面，可能需要更低的電流，比如顯示人穿著灰色西裝，要LED開很短的時間，或者讓LED亮度很低，低電流就能保證低灰度時LED的使用。

　　45mA主要針對LED需要大電流的時候。如果LED顯示的是靜態(tài)屏，那么一個通道接一顆燈，LED的電流是15~20mA。如果是掃描屏，一個通道一共有4個燈接上，通過MOS管做切換，這時需要把LED燈的電流拉上去，即在某些應(yīng)用上，LED燈需要40~50mA的驅(qū)動電流才能正常工作。所以針對靜態(tài)顯示屏，LED工作電流15~20mA就夠了，但掃描屏需要30~40mA的電流。

　　因此，2mA的好處是可以滿足低灰度高亮度小電流的LED的顯示需要，45mA可以滿足掃描屏的需要。