LED照明市場要起飛，可靠的驅(qū)動電源是關(guān)鍵

除了成本還較高以外，今天LED照明仍無法進(jìn)入大規(guī)模商業(yè)性應(yīng)用的另一主要障礙是，電源壽命不匹配及可靠性不足。簡而言之，LED照明(特別是LED路燈)大規(guī)模應(yīng)用的真正瓶頸就在于驅(qū)動電源。

Power Integrations公司(簡稱PI)LED產(chǎn)品市場經(jīng)理Andrew Smith表示：“正如早期的緊湊型熒光燈(CFL)技術(shù)因初始質(zhì)量低下而遭遇需求下降一樣，LED路燈照明的可靠性也受到了質(zhì)疑。大量的過早故障迫使各地方當(dāng)局和其他客戶重新考慮LED的技術(shù)方法。待質(zhì)量問題解決后，LED室外照明的主要優(yōu)勢將會再次推動市場發(fā)展?！?

尤其是LED路燈，因?yàn)橹饕糜谑彝猸h(huán)境，要長年經(jīng)受惡劣環(huán)境；在中國南方，外界氣溫部分時間可能高達(dá)40℃~50℃；而在寒冷的北方，外界氣溫部分時間則可能低到-20℃~-30℃。因此LED路燈電源的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)就更加要注意質(zhì)量問題。

“大部分路燈故障都可歸因于電源故障，路燈面臨著特殊的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，大部分挑戰(zhàn)在傳統(tǒng)電源應(yīng)用中是不存在的。極高環(huán)境溫度的嚴(yán)酷條件（導(dǎo)致電路板溫度超過100℃），加上電源與負(fù)載(LED)的緊密相鄰，使得標(biāo)準(zhǔn)的適配器技術(shù)根本無法湊效。此外，電信轉(zhuǎn)換器所采用的用來對付高環(huán)境溫度的高效率方法，在路燈應(yīng)用中僅部分有效?！盇ndrew Smith表示：“長壽命、高環(huán)境溫度電源需要采用特殊的設(shè)計(jì)技術(shù)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，才能使電源在嚴(yán)酷環(huán)境下正常工作。路燈制造商經(jīng)常無法準(zhǔn)確確定電源的適用性，錯誤的技術(shù)選擇最后會導(dǎo)致系統(tǒng)過早故障?！?BR>
他指出，目前許多用于室外照明的電源都依賴大型鋁電解電容，然而對于要在嚴(yán)酷環(huán)境中工作的電源的功率轉(zhuǎn)換電路來說，此類電容的效果并不好。PI極具成本效益的技術(shù)無需電解電容或其他短壽命元件(如光耦)，從而大幅提升外部照明方案的可靠性。

LED路燈驅(qū)動電源設(shè)計(jì)門坎高
TI半導(dǎo)體事業(yè)部業(yè)務(wù)拓展經(jīng)理劉學(xué)超針對LED路燈的驅(qū)動電源需求指出，LED路燈是由光學(xué)、熱學(xué)和電子學(xué)組成的復(fù)雜系統(tǒng)，雖然LED本身的壽命較長，但如果LED驅(qū)動電路設(shè)計(jì)不當(dāng)，如選用了低質(zhì)量的有源或無源器件，使整體驅(qū)動電路壽命無法與LED匹配，就會影響LED路燈質(zhì)量及壽命。再者，LED的溫度管理及散熱也非常重要，一旦工作溫度高于100℃，LED本身的可靠性就會受到影響。當(dāng)然，LED早期失效、組裝局部缺陷及瞬態(tài)現(xiàn)象等因素，也導(dǎo)致LED偶爾可能會失效，如果沒有采取恰當(dāng)?shù)姆至鞅Ｗo(hù)措施，單顆LED的失效會導(dǎo)致整串LED不亮，影響整體路燈照明效果。

此外，在整體LED照明市場中，LED路燈是功率最高的應(yīng)用，因此需要多個功率級和復(fù)雜的拓樸，以滿足功率因子校正(PFC)、總體諧波失真(THD)、85 PLUS的效率等標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，以及多串LED電流恒定的要求。

美國能源局(DOE)于2009年12月3日針對一體化LED燈項(xiàng)目所發(fā)布的‘能源之星’規(guī)格最終版，也規(guī)定LED驅(qū)動器的功率因子必須優(yōu)于0.7，而工業(yè)應(yīng)用則要優(yōu)于0.9。此外，在目前LED產(chǎn)品無全面標(biāo)準(zhǔn)情況下，LED必須滿足電氣強(qiáng)制標(biāo)準(zhǔn)，特別是EMC的GB17743對應(yīng)IEC6100，電流諧波THD的GB17625.1-2003對應(yīng)IEC61000-3-2:2001，這要求電源要有良好的EMC、PFC/THD。

劉學(xué)超認(rèn)為，要解決LED路燈的電路可靠性問題，必須從驅(qū)動拓?fù)?/strong>結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，提高效率，減少元器件數(shù)量，另外也可進(jìn)一步減少成本。

Andrew Smith則建議對LED路燈驅(qū)動電源采用金/銀/銅分級體系。例如，金級電源在嚴(yán)酷環(huán)境下具有長使用壽命，能提供高效率(>90%)，且具有高功率因數(shù)。為滿足金級標(biāo)準(zhǔn)的評級要求，電源廠商必須遵循良好的工程經(jīng)驗(yàn)（例如，消除功率轉(zhuǎn)換電路中的電解電容）。銀級和銅級分別適用于工業(yè)應(yīng)用和消費(fèi)類應(yīng)用，它們符合這些細(xì)分市場的特有屬性。

他指出：“對LED電源采用金/銀/銅分級標(biāo)準(zhǔn)后，生產(chǎn)路燈的系統(tǒng)整合商就可以輕松、安全地選擇正確的技術(shù)，無需使自己成為電源專家。作為一家IC供應(yīng)商，PI支持采取一項(xiàng)通用的LED評級標(biāo)準(zhǔn)。我們正在與各LED制造商和政府機(jī)構(gòu)進(jìn)行接觸，以期在此項(xiàng)倡議的需要和內(nèi)容方面達(dá)成共識?！?

深圳茂碩董事長顧永德則表示，由于LED照明目前還未大規(guī)模普及應(yīng)用，對LED驅(qū)動電源的需求量相對較小，并且尚無統(tǒng)一的國家標(biāo)準(zhǔn)，因此許多電源廠商的設(shè)計(jì)質(zhì)量不佳，導(dǎo)致電源產(chǎn)品壽命較短，即使在應(yīng)用條件良好的環(huán)境中，一般電源廠家的電源壽命亦達(dá)不到1萬小時；如果在夏天40度環(huán)境溫度下，有許多廠家的電源壽命超不過4千小時。

壽命及溫度范圍為關(guān)鍵所在
顧永德指出，茂碩在設(shè)計(jì)時便將電源開機(jī)溫度規(guī)范在-40℃到70℃，獨(dú)有的PFC電路及內(nèi)部屏蔽結(jié)構(gòu)則能充分解決并保證在任何惡劣環(huán)境下，電源都能正常開機(jī)。再者，通過長時間對灌膠技術(shù)的研究，進(jìn)而調(diào)配出密封性最好、散熱性最佳的灌封膠配比，使產(chǎn)品得以獲得完整嚴(yán)密的防水保護(hù)。茂碩的LED的驅(qū)動電源壽命長達(dá)5萬小時。

針對現(xiàn)階段的產(chǎn)業(yè)情況，顧永德指出許多燈具廠家多是在完成LED基板及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，才去考慮電源的問題，忽略了電源沖擊對LED芯片的影響，為燈具的光衰減留下隱憂。而對于許多中小電源廠商而言，它們不可能有實(shí)力為每批數(shù)量不大的燈具專門開發(fā)不同的電源，這就造成了燈具廠商找不到技術(shù)指標(biāo)和尺寸大小均合適的電源的普遍現(xiàn)象。

智能型驅(qū)動為發(fā)展趨勢
顧永德并特別說明智能型驅(qū)動電源的重要性，他指出目前市場應(yīng)用于LED驅(qū)動電源管理、LED燈具的智慧節(jié)能監(jiān)控的解決方案可說極少，但是茂碩針對節(jié)能、環(huán)保、多功能、高可靠和智能化管理等目標(biāo)設(shè)計(jì)出照明時間智能控制、DALI智能無極調(diào)光、PLC智慧遠(yuǎn)程無極調(diào)光、PS485或DMX512智能遠(yuǎn)程無極調(diào)光、紅外感應(yīng)智能調(diào)光、0-10V模擬調(diào)光、室內(nèi)可控硅調(diào)光等七大智能調(diào)光技術(shù)，可根據(jù)環(huán)境、時間等的變化，由工作人員在控制室通過相關(guān)網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程控制LED路燈開關(guān)、調(diào)光，還可反饋電壓或電流、狀態(tài)查詢、故障報警等，既可以省去鋪設(shè)專有線路的麻煩，還可以解決遠(yuǎn)距離傳輸?shù)膯栴}，非常適合用于LED路燈的遠(yuǎn)程控制與管理。

另一值得注意的中國LED驅(qū)動電源業(yè)者則是廣州金升陽科技有限公司。該公司已針對LED路燈應(yīng)用推出KC24W系列，此為引線式恒流大功率防水LED驅(qū)動電源產(chǎn)品，該系列的產(chǎn)品應(yīng)用降壓式電路結(jié)構(gòu)，具有效率高、寬輸入電壓范圍、高溫度工作環(huán)境、功能齊全等特點(diǎn)，提供PWM 調(diào)光、模擬調(diào)光等遠(yuǎn)程關(guān)斷功能。

替代燈管電源朝隔離式發(fā)展
針對替代燈管所需的驅(qū)動電源，基本上脫機(jī)型為發(fā)展主要趨勢，這主要是由于市場對安規(guī)日趨重視，因此隔離驅(qū)動的需求日漸增加。脫機(jī)型LED電源市場主要分為高功率和低功率兩個部分，大概以50W為分界線。其中，基于集成型LED的替代燈管大多采用簡單、非絕緣型降壓穩(wěn)壓器LED驅(qū)動電路，產(chǎn)品著重于采用最少的元器件數(shù)量和最低的成本，但又必須同時提供足夠的流明/瓦數(shù)，以及高于0.7的功率因子，并具有標(biāo)準(zhǔn)的雙向可控硅調(diào)光器調(diào)光的能力。

再者，高功率LED驅(qū)動器通常需要絕緣隔離，以達(dá)到UL標(biāo)準(zhǔn)，這往往需要其功率因子大于0.9，并具備調(diào)光能力，而這種調(diào)光能力可能是通過基礎(chǔ)調(diào)光器之外的其他方法實(shí)現(xiàn)的。另外還需要產(chǎn)生至少與熒光燈相等的流明/瓦，并具有更長的使用壽命。

LED驅(qū)動電源需求增加快速
LED驅(qū)動電源器是LED產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展的保障，也就是說LED電源的質(zhì)量直接決定了LED產(chǎn)品的可靠性，因此，在LED產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善的今日，LED驅(qū)動電源的成熟也至關(guān)重要。一盞LED路燈配置一臺LED驅(qū)動電源，根據(jù)預(yù)測，2013年中國LED驅(qū)動電源數(shù)量預(yù)計(jì)達(dá)到700萬臺以上，市場規(guī)模擴(kuò)大至17.5億。

然而，LED驅(qū)動電源不是傳統(tǒng)電源，技術(shù)含量非常高。由于供應(yīng)受制于技術(shù)水準(zhǔn)，跟不上需求的進(jìn)展，產(chǎn)業(yè)整體上處于供不應(yīng)求的狀況。目前LED驅(qū)動電源已成為「十城萬盞」工程推廣的瓶頸，也是制約LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵因素之一。

對LED燈具業(yè)者而言，LED驅(qū)動電源的成本及使用壽命至關(guān)重要，其中的關(guān)鍵為采用高質(zhì)量的元器件并控制生產(chǎn)質(zhì)量，在保證高性能和可靠性的前提下必須盡可能地降低成本。據(jù)了解，近來有大量小型公司紛紛進(jìn)軍LED驅(qū)動電源市場，市場價格因競爭而不斷下滑。如何在保證可靠性和質(zhì)量的同時，提供最低成本的LED照明解決方案，成為業(yè)者需要面對的新挑戰(zhàn)。