交流電驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光技術(shù)趨成熟

新一代LED驅(qū)動(dòng)IC的設(shè)計(jì)，必須打破傳統(tǒng)的DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。如采用恒功率，不采用磁滯控制的降壓型而采用定頻定電流控制，解決使用鹵素?zé)綦娮幼儔浩魉a(chǎn)生的燈源閃爍和多燈并聯(lián)不亮等等問(wèn)題。

LED作為綠色、節(jié)能、省電、長(zhǎng)壽命的第四代照明燈具異軍突起、廣受關(guān)注，正在如火如荼地發(fā)展。由于LED光源是低電壓(VF=2-3.6V)、大電流(IF=200mA-1500mA)工作的半導(dǎo)體器件，因此必須提供合適的直流電流才能正常發(fā)光。直流(DC)驅(qū)動(dòng)DCLED光源發(fā)光的技術(shù)已經(jīng)越來(lái)越成熟。

照明驅(qū)動(dòng)IC電壓范圍更廣

由于我們?nèi)粘Ｕ彰魇褂玫碾娫词歉邏航涣麟?AC100V-220V)，所以必須使用降壓的技術(shù)來(lái)獲得較低的電壓，常用采用變壓器或開(kāi)關(guān)電源降壓，然后將交流電(AC)變換成直流電(DC)，再變換成直流恒流源，這樣才能促使LED光源發(fā)光。

直流驅(qū)動(dòng)LED光源的系統(tǒng)應(yīng)用方案必然是：變壓器+整流或開(kāi)關(guān)電源+恒流源(見(jiàn)右圖)。LED燈具里必須要有一定的空間來(lái)安置這個(gè)電源模塊，但是對(duì)于E27標(biāo)準(zhǔn)螺口的燈具來(lái)說(shuō)空間十分有限，很難安置。無(wú)論是經(jīng)由變壓器+整流或是開(kāi)關(guān)電源降壓，系統(tǒng)都會(huì)有一定量的損耗。DCLED燈具在交流、直流電之間轉(zhuǎn)換時(shí)約有15%～30%的電力被損耗，系統(tǒng)效率很難做到90%以上。因此如果能用交流電(AC)直接驅(qū)動(dòng)LED光源發(fā)光，系統(tǒng)應(yīng)用方案將大大簡(jiǎn)化，系統(tǒng)效率將可以很輕松達(dá)到90%以上。

由此看來(lái)，LED驅(qū)動(dòng)IC(集成電路)在LED燈具中是至關(guān)重要的器件。目前國(guó)內(nèi)照明LED驅(qū)動(dòng)IC的研發(fā)、生產(chǎn)廠家已有10多家。

直流驅(qū)動(dòng)LED光源的系統(tǒng)應(yīng)用方案

LED光源應(yīng)用的基本技術(shù)要素是必須滿足它的VF(正向電壓)和IF(正向電流)需求。VF是為L(zhǎng)ED光源建立一個(gè)正常的工作狀態(tài)，IF則促使LED光源發(fā)光，LED亮度與電流大小成正比。順應(yīng)照明LED驅(qū)動(dòng)IC技術(shù)的發(fā)展，LED驅(qū)動(dòng)IC的輸入電壓(Vin)范圍將更寬廣(DC5V-45V)，輸出恒流精度更高(1%)。鑒于越來(lái)越多的LED燈具選用多顆大功率LED串聯(lián)應(yīng)用技術(shù)，新一代LED驅(qū)動(dòng)IC輸出耐壓提高到60V-100V，這就需要用高壓工藝來(lái)生產(chǎn)LED驅(qū)動(dòng)IC的晶圓片。LED驅(qū)動(dòng)IC輸出耐壓的提高為它在汽車電子、汽車燈具、高亮度照明等高電壓要求的應(yīng)用打開(kāi)了新的市場(chǎng)。

華潤(rùn)矽威科技有限公司是比較早介入LED驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)生產(chǎn)的國(guó)內(nèi)集成電路設(shè)計(jì)公司，它的PT4115是一個(gè)典型的Vin寬電壓輸入(DC6V-30V)、大電流恒流輸出(1.2A)的DC/DC降壓LED驅(qū)動(dòng)IC，PT4115是一款連續(xù)電感、電流導(dǎo)通模式的降壓恒流源，它具有較寬的直流6V到30V輸入電壓范圍，擊穿電壓>45V，輸出200mA———1200mA恒定直流，可滿足驅(qū)動(dòng)點(diǎn)亮1-7顆串聯(lián)的大功率LED或N顆串并聯(lián)的小功率LED，驅(qū)動(dòng)恒流大小可按應(yīng)用方案設(shè)定。

新設(shè)計(jì)打破傳統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

LED光源是一種長(zhǎng)壽命光源，理論壽命可達(dá)50000小時(shí)，但是如果應(yīng)用電路設(shè)計(jì)不合理、電路元器件選用不當(dāng)、LED光源散熱不好，都會(huì)影響它的使用壽命。特別是在應(yīng)用電路里，作為AC/DC整流橋的輸出濾波器的電解電容器，它的使用壽命在5000小時(shí)以下，這就成了制造長(zhǎng)壽命LED燈具技術(shù)的攔路虎。唯一可行的先進(jìn)解決方案是設(shè)計(jì)生產(chǎn)可以在應(yīng)用電路里省去電解電容器的新一代LED驅(qū)動(dòng)IC，日本某公司新的LED驅(qū)動(dòng)ICTK5401無(wú)需在應(yīng)用電路上使用電解電容器，壽命可達(dá)4萬(wàn)-5萬(wàn)小時(shí)，正好與LED壽命匹配。使用此款I(lǐng)C可使PCB板面積縮小至原來(lái)的40%，節(jié)省了電源模塊的空間，這也是LED燈具設(shè)計(jì)所要斤斤計(jì)較的重要方面。

新一代LED驅(qū)動(dòng)IC的設(shè)計(jì)，必須打破傳統(tǒng)的DC/DC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理念。如采用恒功率，不采用磁滯控制的降壓型而采用定頻定電流控制，解決使用鹵素?zé)綦娮幼儔浩魉a(chǎn)生的燈源閃爍和多燈并聯(lián)不亮問(wèn)題等等。此外，還必須使LED驅(qū)動(dòng)IC在多種應(yīng)用電路中能通過(guò)EMC、安規(guī)、CE、UL等認(rèn)證。應(yīng)用電路力求簡(jiǎn)潔、減少元器件使用量也是客戶降低成本的要求。隔離與非隔離的應(yīng)用歷來(lái)是商家安全與效率之爭(zhēng)的焦點(diǎn)，PWM控制器的占空比在不斷提高。

0.5W-3W的LED光源與LED驅(qū)動(dòng)IC集成在一個(gè)CMC封裝內(nèi)的新一代芯片已經(jīng)小批量生產(chǎn)，表明LED驅(qū)動(dòng)IC正在向高度集成化的多芯片(CMC)封裝方向發(fā)展?？捎媒涣麟?AC)直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光的新一代、特殊拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)ACLED光源生產(chǎn)技術(shù)的日趨成熟，將開(kāi)創(chuàng)LED照明技術(shù)的又一新紀(jì)元。

交鑰匙方案成趨勢(shì)

IC廠家趨向于向最終用戶提供可直接用于生產(chǎn)的方案，使產(chǎn)業(yè)鏈的上、下游直接對(duì)接，省時(shí)省錢、廣受歡迎。

近幾年來(lái)，集成電路生產(chǎn)廠家為使集成電路新產(chǎn)品在短時(shí)間內(nèi)讓終端用戶投入大批量生產(chǎn)應(yīng)用，縮短客戶的設(shè)計(jì)周期，紛紛加強(qiáng)最終產(chǎn)品應(yīng)用端的系統(tǒng)應(yīng)用方案的開(kāi)發(fā)。他們采用交鑰匙工程的模式，使購(gòu)買主芯片的下游終端工廠能直接按方案在短期內(nèi)投入生產(chǎn)。從而縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。如臺(tái)灣MTK提供的手機(jī)芯片方案是可用于直接生產(chǎn)手機(jī)的系統(tǒng)方案;華潤(rùn)矽威科技有限公司不但設(shè)計(jì)、生產(chǎn)LED驅(qū)動(dòng)IC，也向LED燈具生產(chǎn)廠家提供可直接用于生產(chǎn)MR16、E27、PAR30、PAR38、日光燈的DEMO(示范)和電路圖、材料清單。這種交鑰匙方案已成為生產(chǎn)集成電路的上游企業(yè)與生產(chǎn)最終產(chǎn)品的下游企業(yè)更緊密合作、共生存、共發(fā)展的重要策略。

LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)現(xiàn)狀

LED驅(qū)動(dòng)IC的特性是要求電流輸出的一致性與恒定性。目前國(guó)內(nèi)照明LED驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品技術(shù)都還是采用傳統(tǒng)的DC/DC降壓、升壓恒流的模式以及由PWM(電源管理)控制器組成的恒流源電路，目前這兩類LED驅(qū)動(dòng)IC技術(shù)尚處在發(fā)展的初級(jí)階段，特別是受限于晶圓片的生產(chǎn)工藝的進(jìn)展，對(duì)需求日益增長(zhǎng)的較高電壓應(yīng)用造成影響。隨著照明應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展，LED驅(qū)動(dòng)IC正在向中高級(jí)和高度集成、多芯片封裝(CMC)技術(shù)方向發(fā)展。