淺談LED照明全方位滲透的高能效驅(qū)動(dòng)方案

在當(dāng)今電能需求與生產(chǎn)日趨失衡的條件下，最有效的因應(yīng)途徑就是提升能效，即利用技術(shù)，以更少的電能來(lái)執(zhí)行相同的任務(wù)或功能。電能使用涉及眾多的領(lǐng)域，以常見(jiàn)的建筑物為例，據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，美國(guó)建筑物總能耗中約有30%的能耗源自照明領(lǐng)域，而中國(guó)的估計(jì)也達(dá)到約11%至12%。由此看來(lái)，照明域的節(jié)能潛力巨大。

安森美半導(dǎo)體LED通用照明及電源營(yíng)銷和系統(tǒng)工程總監(jiān)Laurent Jenck（鄭樂(lè)康）指出，以一款典型的100W白熾燈為例，其中約有95 W的電能轉(zhuǎn)化為熱量，剩余的僅5 W電能轉(zhuǎn)化為光。因此，世界上許多國(guó)家都開始逐步淘汰一般的白熾燈，鼓勵(lì)使用節(jié)能燈。與白熾燈相比，緊湊型熒光燈(CFL)和線性熒光燈(LFL)等節(jié)能燈的能耗大幅下降(僅相當(dāng)于白熾燈的約1/5)，但這些傳統(tǒng)節(jié)能燈中包含劇毒化學(xué)物質(zhì)汞，對(duì)環(huán)境有不良影響。另一方面，高亮度發(fā)光二極管(HB-LED)近年來(lái)在光輸出、能效(efficacy)及成本等方面全面改善，同時(shí)結(jié)合小巧、低壓工作及環(huán)保等眾多優(yōu)勢(shì)，正在照明領(lǐng)域掀起革命。

LED照明進(jìn)侵各領(lǐng)域，應(yīng)用將更普及

如今，在屏幕尺寸小于4英寸的手機(jī)、相機(jī)閃光等移動(dòng)設(shè)備應(yīng)用中，及路邊及體育場(chǎng)中大型顯示屏應(yīng)用中，LED照明，或稱固態(tài)照明(SSL)，幾乎占據(jù)了100%的份額。除此之外，LED照明也向其它領(lǐng)域邁進(jìn)。如在汽車應(yīng)用中，LED照明占據(jù)約15%的份額。而在較大液晶顯示屏(LCD)背光應(yīng)用中，雖然冷陰極熒光燈(CCFL)如今仍然占據(jù)主導(dǎo)地位，但LED照明的總滲透率也達(dá)到約20%，參見(jiàn)圖1。特別是在備受矚目的大尺寸液晶電視背光應(yīng)用中，據(jù)Laurent Jenck指出，預(yù)計(jì)LED背光的液晶電視在未來(lái)3到4年間，將占據(jù)至50%的份額。

圖1：LED照明在各種應(yīng)用的滲透比例。安森美半導(dǎo)體在電源管理及高能效方案具備專長(zhǎng)及優(yōu)勢(shì) ，故能發(fā)揮其在電源能效方面的領(lǐng)先實(shí)力，提供專用LED驅(qū)動(dòng)器用于便攜、消費(fèi)、工業(yè)和汽車等市場(chǎng)，并且固態(tài)照明方案符合或超越世界各地的規(guī)范要求，即如GreenPoint參考設(shè)計(jì)電源般。

相比較而言，LED照明在燈泡、嵌燈、街道及區(qū)域照明、任務(wù)燈、景觀照明、商業(yè)建筑物照明及廣告牌文字電路照明等通用照明領(lǐng)域的滲透比例還偏低，目前小于2%，遠(yuǎn)低于其它照明類型。但LED照明具有高能效等優(yōu)勢(shì)，讓其在通用照明市場(chǎng)也極具應(yīng)用潛力。例如，安森美半導(dǎo)體對(duì)從零售商店購(gòu)得的一款鹵素臺(tái)燈(采用35 W燈泡)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，原鹵素?zé)糁袩o(wú)電子組件，僅含1個(gè)較重的60 Hz變壓器。這鹵素?zé)粼?20 Vac條件下的輸入功率為41.7 W，在0.5米距離處測(cè)得的光亮度為744流明。重新設(shè)計(jì)的臺(tái)燈采用LED模塊，燈底部采用安森美半導(dǎo)體NCP1014自供電單片式開關(guān)穩(wěn)壓器，在120 Vac條件下輸入功率為10.9 W，即能耗僅相當(dāng)于鹵素?zé)舻?/4；同時(shí)，這LED臺(tái)燈在同等距離條件下測(cè)得的光亮度為795流明，更優(yōu)于鹵素?zé)?，?2.9流明/瓦(lm/W)的能效(efficacy)更是數(shù)倍于鹵素?zé)?17.8 lm/W)。

當(dāng)然，價(jià)格是LED照明在通用照明領(lǐng)域快速普及的一項(xiàng)制約因素。不過(guò)，安森美半導(dǎo)體的Laurent Jenck援引半導(dǎo)體的發(fā)展歷史指出，當(dāng)半導(dǎo)體技術(shù)剛剛問(wèn)世，其成本非常高昂以至于應(yīng)用局限在美國(guó)軍方的對(duì)成本不敏感的應(yīng)用中，如軍事衛(wèi)星；但隨著應(yīng)用范圍的拓廣及應(yīng)用的增多，半導(dǎo)體產(chǎn)品最后進(jìn)入消費(fèi)市場(chǎng)，廣泛應(yīng)用于我們?nèi)粘９ぷ魃畹母鱾€(gè)角落。因此，隨著應(yīng)用的增多，LED照明的價(jià)格/成本將可逐步趨向消費(fèi)應(yīng)用。Laurent Jenck預(yù)計(jì)，LED通用照明可望在5年內(nèi)開始進(jìn)入主流家庭應(yīng)用。

世界各地的規(guī)范機(jī)構(gòu)也在積極制定和發(fā)布相關(guān)的LED照明能效規(guī)范。如美國(guó)“能源之星”的1.1版固態(tài)照明規(guī)范于2009年2月開始生效。這規(guī)范對(duì)聚光燈或戶外燈等不同產(chǎn)品的應(yīng)用能效要求各不相同，并且包含功率因數(shù)要求。就中國(guó)而言，負(fù)責(zé)能效標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定的中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化研究院正牽頭準(zhǔn)備在來(lái)年研究中國(guó)的LED照明能效標(biāo)準(zhǔn)。

以寬范圍、高能效及創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)方案促進(jìn)LED照明發(fā)展

由于LED照明應(yīng)用前景廣闊，要促進(jìn)它的不斷發(fā)展，必須針對(duì)不同的LED照明應(yīng)用選擇適合的驅(qū)動(dòng)方案。安森美半導(dǎo)體身為全球領(lǐng)先的高性能、高能效硅方案供應(yīng)商，提供寬范圍、高能效及創(chuàng)新和強(qiáng)固的LED照明方案。不論是電池供電應(yīng)用，或是直接采用交流或直流線路供電的應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體均提供適合的高能效LED驅(qū)動(dòng)器方案，如電感型及電荷泵型LED驅(qū)動(dòng)器、開關(guān)穩(wěn)壓器、高集成度照明管理集成電路(LMIC)、線性恒流驅(qū)動(dòng)器(CCR)、功率因數(shù)校正(PFC)集成電路、高壓開關(guān)電源方案，以及豐富的MOSFET、整流器和其它分立產(chǎn)品及電路保護(hù)系列。如在電池供電的移動(dòng)設(shè)備背光應(yīng)用中，可以采用不同的LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)，如線性電流驅(qū)動(dòng)器、電感升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器、電荷泵型驅(qū)動(dòng)器等。這幾種驅(qū)動(dòng)技術(shù)各有其特點(diǎn)及要求，所以能配合客戶的需要為他們提供最適合其產(chǎn)品應(yīng)用的LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)。如線性電流驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)單易用，無(wú)開關(guān)噪聲，而且外部元件數(shù)量極少，但這種驅(qū)動(dòng)器的正向電壓必須低于電池電壓，且能效與輸入電壓及LED正向電壓有關(guān)。電感升壓型開關(guān)穩(wěn)壓器的LED串電流匹配度極佳，且在電池線路電壓范圍內(nèi)具有極高能效，支持長(zhǎng)串LED大功率/高壓工作。電荷泵型驅(qū)動(dòng)器典型產(chǎn)品采用基于電容的開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并集成線性驅(qū)動(dòng)器用于緊密電流匹配，具有高開關(guān)頻率，外部元件數(shù)量極少。

而在汽車應(yīng)用中，根據(jù)電流大小的不同，同樣需要采用不同的LED驅(qū)動(dòng)器。例如，汽車中一個(gè)新的趨勢(shì),是在電流常常僅數(shù)十毫安(mA)的組合尾燈應(yīng)用中以線性恒流穩(wěn)壓器來(lái)替代目前常用的是電阻型驅(qū)動(dòng)器。電阻型驅(qū)動(dòng)方案簡(jiǎn)單且成本低，但能效極低，還面臨高壓時(shí)大電流應(yīng)力、LED編碼及熱失控等問(wèn)題或挑戰(zhàn)。有鑒于此，安森美半導(dǎo)體推出了創(chuàng)新的雙端及三端型線性恒流穩(wěn)壓器(CCR)，它們采用安森美半導(dǎo)體正待批專利的自偏置晶體管(SBT)技術(shù)，結(jié)合公司在工藝控制方面的專長(zhǎng)，提供低成本優(yōu)勢(shì)，支持寬電壓范圍，提供比電阻型驅(qū)動(dòng)器更高的能效及較高的穩(wěn)流精度，并更利于保護(hù)LED。