LED照明驅(qū)動器技術(shù)發(fā)展趨勢

對于中國市場,美國國家半導(dǎo)體亞太區(qū)市場經(jīng)理黎志遠(yuǎn)引用iSuppli公司對中國LED驅(qū)動器IC市場的預(yù)測,在全球經(jīng)濟(jì)和電子產(chǎn)業(yè)沉陷衰退之際,中國LED驅(qū)動器IC市場2009年僅增長1%,從2008年的1.153億美元上升到1.16s億美元。但是,2010年增速將會加快到9.6%,規(guī)模將達(dá)到1.277億美元。預(yù)計2013年中國LED市場將達(dá)到1.39億美元。

展望2010年。隨著全球景氣逐步回溫,2009年出現(xiàn)衰退的汽車、通訊用LED驅(qū)動IC市場可望回穩(wěn),工業(yè)/照明用市場亦有2位數(shù)成長空間,至于信息用、消費性電子用市場,則將出現(xiàn)跳躍式成長,預(yù)估2010年全球LED驅(qū)動IC規(guī)模將擴(kuò)大至34.1億顆,相較2009年的27.0億顆,成長幅度達(dá)26.0%.

然而,LED驅(qū)動電源的要求也在不斷提高。pI公司高級產(chǎn)品經(jīng)理BillWeiss認(rèn)為。LED驅(qū)動器IC技術(shù)發(fā)展趨勢及特性表現(xiàn)為：高可靠性、高效率、高功率因數(shù)、可調(diào)光以及體積小。

凹凸(OzMicro)科技(中國)有限公司開發(fā)總監(jiān)李勝泰具體介紹了LED驅(qū)動器技術(shù)特點,他說許多廠商的重點是：1.LED發(fā)光效率的增進(jìn)：2.LED模組的散熱管理：良好的散熱處理。無論對于LED的壽命或演色性皆能提供較佳的狀態(tài);3.轉(zhuǎn)換效率：基于節(jié)能減碳的目的,是否能有效高度利用公用電廠所提供的電力--提升功率因素的轉(zhuǎn)換亦為重點方向之一：4.產(chǎn)品可靠性：在物料選件及電路設(shè)計上多所著墨：5.LED背光：在技術(shù)上,使用LED做背光主要面臨的挑戰(zhàn)有：電流匹配在多顆LED串中的應(yīng)用。包括功耗、保護(hù)電路、調(diào)光時的雜訊(Audiblenoiseduringdimming)等。

以下主要介紹LED照明、背光和LED TV方面熱點的技術(shù)市場。

德州儀器的劉學(xué)超說,LED照明發(fā)展非常迅速,年增長率超過60%,隨著LED發(fā)光效率的不斷提升,封裝技術(shù)不斷改進(jìn),驅(qū)動陸能和壽命的增加,LED照明技術(shù)在未來5年內(nèi)會逐漸進(jìn)入千家萬戶。

02Iviicro李勝泰說,在世界各國環(huán)保議題日漸重視的趨勢下,LED照明產(chǎn)業(yè)將扮演極重要的角色,其主要應(yīng)用在于室內(nèi)、室外照明以及街燈等高功率產(chǎn)品。據(jù)悉,2009年全球照明市場約1219億美元,LED僅占0.5%,顯見其未來潛力之可觀。其中,以亞太地區(qū)的市場規(guī)模為最大、約占全球33.7%之比例：居次為北美的30.1%.和歐洲之27.4%:然而。以應(yīng)用產(chǎn)品來討論。戶外照明約占12%,則具有相當(dāng)大的成長空間,尤其以占有全球38%戶外照明的中國市場為最。此外,值得關(guān)注的部分是,受政府政策及推廣影響較為直接且快速的街燈應(yīng)用可望成為照明產(chǎn)業(yè)中快速成長的第一棒：預(yù)估在歐美優(yōu)先領(lǐng)起的趨勢中,2010年全球可達(dá)到450萬盞LED街燈的水平：并且承于國際加緊節(jié)能減碳的腳步,一但路燈標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格普及,中國市場可望占有世界50%以上的規(guī)模。

從LED亮度來看,大功率LED的光輸出已經(jīng)達(dá)到了100流明/w的重要里程碑,同時有些制造商宣稱已經(jīng)在實驗室中達(dá)到了120流明/W.凌力爾特公司電源產(chǎn)品市場總監(jiān)TonyArmstrong說,這意味著,就能效而言,LED現(xiàn)在已經(jīng)超過了CFL(80流明/w)。不過,據(jù)進(jìn)一步預(yù)測,到2012年。LED將達(dá)到150流明/W的輸出。此外,當(dāng)前的關(guān)注點全部集中在“綠色”上,與CFL不同,LED不合任何有害材料。

從LED成本看,LED照明的成本一直在快速走低。在過去12個月時間里,專用白光二極管(其中有很多已被LED燈泡所采用并在其成本中占了大部分)的價格已經(jīng)從幾年前的8美元左右下降至1.50美元。很多LED行業(yè)分析師預(yù)測,在未來一年內(nèi),取代白熾燈的LED燈的價格將達(dá)到消費者可以接受的水平。一些LED制造商宣稱,已經(jīng)設(shè)計出能夠驅(qū)動LED燈的發(fā)光芯片,而且能使LED燈產(chǎn)生可與75W白熾燈媲美的光(美國家庭普遍使用75W白熾燈)。為了輸出這種量級的光,這類LED芯片通常需要約12W功率。

照明LED驅(qū)動器IC的特點

晶豐明源半導(dǎo)體有限公司市場總監(jiān)顏重光高工語出驚人：目前常見LED光源驅(qū)動IC都是從通用電源IC借用過來的,真正為LED光源設(shè)計的驅(qū)動IC還很少,很多公司都在設(shè)計中,預(yù)計到2010年中可能會有不少可應(yīng)市。目前LED)光源驅(qū)動的阻容降壓低成本方案是不安全的,CCR只能驅(qū)動0.5w以下的LED,LDO用穩(wěn)壓的方法驅(qū)動對LED光源的壽命不利：DC/DC-恒流源和AC/DC-恒流源可能是目前已知的最理想方案之一。

縱觀DC LED光源的驅(qū)動技術(shù),有三類驅(qū)動IC將是發(fā)展趨勢：一類是高壓工藝生產(chǎn)的DC/DC Buck,Vin寬至DC60~100V.恒流精度達(dá)1%.將能滿足所有直流LED燈具驅(qū)動的需要,可滿足LED光源多串少并技術(shù)的需要：第二類是Ac/DCI的LED燈具需要的應(yīng)用電路簡潔、應(yīng)用成本低、能過EMI、CE、UL的高效率諧振半橋(LLC)+PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)驅(qū)動IC第三種是功率因數(shù)校正((PFC)+脈寬調(diào)控(pwM)兩種平均電流模式控制器組成新的AC/Dc驅(qū)動IC它們將在新一代LED燈具顯現(xiàn)其強(qiáng)大生命力,以充分發(fā)揮零電壓開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)(ZVS)的優(yōu)勢,和滿足LED燈具對PFC(功率因素較正)日益提高的要求,并要求在較低的功率等級(如50 w)時能提高效率>90%.寬電壓輸入、短路和過功率保護(hù)、開路保護(hù)、較低的總諧波失真(THD)是基本的要求。

凌力爾特的Tony Armstrong也有相近的觀點,他指出,今天,LED驅(qū)動器IC關(guān)鍵性能之一是,必須能夠?qū)ED充分調(diào)光。因為LED是用恒定電流驅(qū)動的,其DC電流值與LED亮度成正比,因此要改變LED亮度,有兩種通過控制LED電流調(diào)光的方法。第一種是模擬調(diào)光,通過降低恒定LED電流值。成比例地降低LED DC 電流值。降低LED電流可能導(dǎo)致LED顏色的改變,或?qū)ED電流的控制不準(zhǔn)確。第二種是數(shù)字調(diào)光或PWM調(diào)光。PWM調(diào)光以等于或高于100Hz的頻率切換LED的通斷,以這樣的頻率切換,人眼察覺不到。PWM調(diào)光占空比與LED亮度成正比,而接通時的LED電流保持同樣的值(如LED驅(qū)動器IC定的那樣),從而在高調(diào)光比時保持恒定LED顏色。在某些應(yīng)用中,這種PWM調(diào)光方法可以用來實現(xiàn)高達(dá)5000:1的調(diào)光比。

Diodes公司LED照明部經(jīng)理AllanLin也認(rèn)為未來LED驅(qū)動器技術(shù)的發(fā)展體現(xiàn)在兩個方面,他說,第一,離線式高功率因數(shù)校正可調(diào)光LED驅(qū)動器可替代鹵素?zé)簟谉霟艉蜔晒鉄?第二。LED驅(qū)動器能高效替代低壓鹵素?zé)?。以上兩種應(yīng)用需要為LED提供電能及熱能保護(hù),以增加其耐用性。其他發(fā)展趨勢還包括優(yōu)化驅(qū)動器以提供最佳功效,并非將電流最大化。

中國作為全球制造商。LED驅(qū)動器技術(shù)的制造成本及總體BOM(物料清單)成本至關(guān)重要。為此,Diodes的特色是致力于發(fā)展很具成本效益的LED驅(qū)動器技術(shù)。

LED TV

在三星成功帶起LED TV話題之后,LED背光應(yīng)用于電視的趨勢成為備受關(guān)注的焦點之一,預(yù)估其滲透率在2010年將有機(jī)會攀升至10%-15%.02,Micro公司李勝泰說,過去由于演色性及對比性的考量,直下式背光(Direct Type)一直是LED TV發(fā)展方向的主軸：然而在成本及薄型化設(shè)計的優(yōu)勢驅(qū)動下,側(cè)光式(Edge TyVe)背光則漸成主流,占所有LED Tv機(jī)種至少93%之比例。并集中在40英寸以上的電視尺寸：因此,針對液晶電視未來的前景,LED TV將是2010年的發(fā)展主軸之一。LED TV產(chǎn)品現(xiàn)階段定位在高階市場,而LED背光應(yīng)用于液晶電視的崛起,主要考驗之一在于其與CCFL背光之價差幅度：側(cè)邊式背光發(fā)展確實已經(jīng)大幅拉近此二者之距離,然而之中的挑戰(zhàn)依然存在;據(jù)(BPSemi)市場總監(jiān)悉,2009年第三季度40英寸及46英寸LED背光液晶電視面板與同尺寸CCFL的價差約為35%.預(yù)計至2010年第一季可拉近至30%左右的差距。此外,一臺電視機(jī)相較筆記本電腦(NB)之LED用量有數(shù)十倍之多;換言之,LED TV的發(fā)展亦同時受LED產(chǎn)能開發(fā)以及價格之限,未來若LED芯片的供給持續(xù)舒緩,可幫助銷售價位更接近消費者可接受的范圍時,LED TV將有機(jī)會如現(xiàn)今LED NB的發(fā)展方式較快速成長。

背光

Intersil公司認(rèn)為：TFT(薄膜晶體管)背光等先進(jìn)應(yīng)用需要一些其他功能,包括PWM調(diào)光、DC調(diào)光、本地調(diào)光、PWM-Dc調(diào)光和直接PWM調(diào)光。IntersiI稱其高功率多通道LED驅(qū)動器具有很好的調(diào)光線性度,可準(zhǔn)確地進(jìn)行0.4%-100%的調(diào)光,匹配度為±1%.

飛兆半導(dǎo)體技術(shù)市場行銷經(jīng)理Wayne Seto說。在中國和全球其它地區(qū),手機(jī)LED驅(qū)動電路正從電荷泵架構(gòu)轉(zhuǎn)向串聯(lián)升壓架構(gòu)。因為后者不僅效率更高,而且能驅(qū)動更多LBD,從而支持更大顯示屏幕。隨著智能手機(jī)和較大LED顯示屏不斷普及,驅(qū)動七個或更多LED的需求曰益普遍。而最好的方法是通過串聯(lián)方式驅(qū)動的LED,使到每個LED的亮度相同;而由于電荷泵是以并聯(lián)方式驅(qū)動LED,因而無論屏幕多小,并聯(lián)通道的電流(即亮度)都會有某些差異。從七個以上LED的設(shè)計版圖角度來看,如果采用電荷泵LED驅(qū)動器,PCB(印制電路板)的版圖會比較復(fù)雜：而采用串聯(lián)升壓LED驅(qū)動器就簡單得多。對于注重成本的手機(jī)來說,線性LED驅(qū)動器是一個發(fā)展方向,取其電路簡單,而且易于納入設(shè)計。不過,電荷泵方案在成本敏感的產(chǎn)品領(lǐng)域和低中端手機(jī)中仍將被廣泛應(yīng)用。

部分LED驅(qū)動器供應(yīng)商特點及產(chǎn)品

凌力爾特的高亮度LED驅(qū)動器IC具有以下典型特點：寬輸入/輸出電壓范圍：高達(dá)100V;高效率轉(zhuǎn)換：高達(dá)95%:嚴(yán)格調(diào)節(jié)的LED電流匹配：在整個溫度范圍內(nèi)低于2%等。例如,LT3743是一種同步降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器、為提供恒定電流以驅(qū)動大電流LED而設(shè)計。新推出的LT3754解決了用白光LED給大型平板顯示屏提供背光照明時所遇到的驅(qū)動白光LED設(shè)計難題。可用于具有26英寸或更大平板顯示屏的高清電視機(jī)(HDTV)。

BPSemi(晶豐明源半導(dǎo)體)的LED燈具用驅(qū)動IC采用了本地振蕩頻率抖動的先進(jìn)技術(shù)。大大簡化了應(yīng)用電路抗EMI部分。有效地降低了應(yīng)用成本和PCB板的面積。如BP1360/1的典型應(yīng)用只需要5個元器件,廣泛應(yīng)用于直流LED照明和LCD-TV的側(cè)背光。BP2808則是采用恒流補(bǔ)償技術(shù)電流控制專利設(shè)計為LED光源提供恒定供電電流,在AC85~305V輸入范圍內(nèi)輸出恒流精度優(yōu)于2%,已經(jīng)成功應(yīng)用在上海世博會上海館室內(nèi)照明。

PI可提供高效的LED驅(qū)動器電源IC:在所有集成解決方案中具有很低的空載功耗和良好的待機(jī)功率性能：是公認(rèn)的可靠的電源轉(zhuǎn)換解決方案;集成度很高的解決方案,包括元件數(shù)目少,eBOM成本很低,易于設(shè)計和通過認(rèn)證：全球?qū)崟r的當(dāng)?shù)丶夹g(shù)支持。PI所推出的三款LED驅(qū)動器IC決方案可從網(wǎng)頁上下載。例如使用HiperPLC(PLCSIOPG)設(shè)計的150W功率因數(shù)校正LLC電源,適合高功率LED路燈。

Oiodes在2008年收購了zetex公司。同時也掌握了先進(jìn)的Buck LED驅(qū)動器技術(shù)。Diodes的三大LED驅(qū)動器技術(shù)包括：Diodes的解決方案很精簡：只需4個外部元件,效能表現(xiàn)卻超過90%;擁有高功率密度的加鉛封裝,其TSOT23-5封裝比競爭對手具備更低的熱阻,可用于最新一代取代傳統(tǒng)電燈的小型電路板LED;擁有完整的解決方案：具有離散式IC成電路能力,可以同時提供LED驅(qū)動器以及LED照明解決方案中所需的整流器元件。

德州儀器(TI)擁有一系列LED驅(qū)動器解決方案,諸如高功率DC/DC升壓LED驅(qū)動器(TPS61500)、高壓DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器(TPS61 175),及降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器(TPS62110)電源管理芯片。這三款產(chǎn)品可支持高達(dá)18v的輸入電壓并具有較小的電壓基準(zhǔn),有助于改進(jìn)LED電路設(shè)計。此外,這些低能耗產(chǎn)品具備多種功能,可廣泛應(yīng)用于指示牌、環(huán)境照明、辦公照明、普通照明、醫(yī)療及傳感器等各種LED應(yīng)用。

Intersil有針對各種應(yīng)用的一系列LED驅(qū)動Ic產(chǎn)品線,包括汽車：高端筆記本、POS顯示屏和顯示器背光：手持式產(chǎn)品：通用照明系統(tǒng)。LED驅(qū)動器可以配置成無電感白光LED驅(qū)動器,用于并聯(lián)的LED,或是基于電感的白光LED驅(qū)動器,這是用于串聯(lián)的LED.拓?fù)浒ㄉ龎悍€(wěn)壓器LED驅(qū)動器、降壓穩(wěn)壓器LED驅(qū)動器,和升降壓LED驅(qū)動器。對于這些應(yīng)用。ISL97671.81系列可以在寬范圍肉高效地驅(qū)動72pc(6通道版本)和48pc(4通道版本)的低功率LED.

美國國家半導(dǎo)體(NS)2006年已是全球最大的LED驅(qū)動器供應(yīng)商,市場占有率超過14%.該公司有一系列的高壓產(chǎn)品工藝,定義是在100V范圍內(nèi)。這種高壓應(yīng)用的優(yōu)勢包括高效率,能夠驅(qū)動多串LED(達(dá)到16個LED),可用于汽車、工業(yè)照明、建筑照明。2009年2月,NS又推出全新的離線式恒流控制器--LM3445,優(yōu)勢在于可以支持具備三端雙向可控硅(TRLC)正向或反向相位控制功能的傳統(tǒng)入墻式調(diào)光器。

飛兆(Fairchild)半導(dǎo)體將集中發(fā)展升壓技術(shù),以及提高效率和功能性,并降低客戶的設(shè)計難度。飛兆半導(dǎo)體在LED驅(qū)動技術(shù)方面的優(yōu)勢在于能夠了解客戶的需求和應(yīng)用,從而開發(fā)盡可能好的照明解決方案。

O2Micro方案解決LED燈組過熱和提高效能。為了克服現(xiàn)今市場上LED街燈組電池壽命過短與LED燈組過熱的問題。O2Micro率先開發(fā)出Cool Driver Circuit(OZ9986A)的方案。針對40~200W的街燈應(yīng)用。提供LED燈組良好的演色系及色彩均勻度、并憑借其優(yōu)越的效能達(dá)到節(jié)能低碳的效果。LED背光應(yīng)用中,在調(diào)光模式上,考慮到成本無需改線或增加調(diào)光開關(guān)),O2Micro提供了一種非TRICA的三段式調(diào)光。