LED照明設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀及趨勢

在過去，發(fā)光二極管（LED）僅僅被用作指示燈。其功耗低、電流更低，而且所產(chǎn)生的熱量也不是問題。然而，時(shí)代已經(jīng)變了。如今LED的電流已經(jīng)由幾毫安升級到安培；在某些情況下，LED的功率已經(jīng)從幾毫瓦跳躍到10W以上;而LED所產(chǎn)生的熱量——好吧，可以肯定地講，現(xiàn)在已經(jīng)成了一個(gè)不容忽視的問題。

在過去，發(fā)光二極管的功率是如此低，所以廢熱非常低,，并且基本上就沒有被燒壞過，美國國家半導(dǎo)體技術(shù)專家Rick Zarr表示：“然而新款LED所產(chǎn)生的熱量很大，所以如果你不加以正確的控制，就會對它們的使用壽命造成很大的影響。一個(gè)LED燈泡原本可以用10，20或30年，但如果你控制不當(dāng)，可能兩年就報(bào)廢了。

這就是為什么項(xiàng)目工程師現(xiàn)在需要關(guān)注LED驅(qū)動(dòng)器。最簡單的，驅(qū)動(dòng)器控制輸入電流和輸入電壓，然后重新配置它們供LED使用。在這個(gè)方面來說，驅(qū)動(dòng)器很像在熒光燈上使用了幾十年的鎮(zhèn)流器。

雖然，從另一方面來看來，驅(qū)動(dòng)器變得越來越復(fù)雜，這使得它們在高功率、高電流、高熱量LED的新時(shí)代里發(fā)揮著更加重要的作用。當(dāng)前的驅(qū)動(dòng)器所具備的功能放到十年前是無法想象的。例如，通過感應(yīng)電流，他們可以估算LED的亮度等級并對其做相應(yīng)的改變。他們可以補(bǔ)償諸如熱量或老化之類的變化，甚至可以將LED用于照明應(yīng)用。此外，通過使用“熱量返送”方案，可以避免LED的熱量達(dá)到損害其使用壽命的極限值。

要感謝這類創(chuàng)新，發(fā)光二極管的新品正在許多無法預(yù)見的應(yīng)用中尋找一個(gè)歸宿。汽車將LED用作剎車燈、“后視鏡腳燈（注：后視鏡腳燈就是安裝在汽車兩側(cè)反光鏡下面可以向下照亮車身周圍的燈，在進(jìn)入比較暗的停車庫時(shí)使車輪廓顯得非常漂亮，也可在荒地里照亮泥濘的道路）”甚至是前燈。電視機(jī)將LED用作背光;市政部門將LED用作街燈;而消費(fèi)類電子制造商正在將它們用于上網(wǎng)本、平板電腦和GPS系統(tǒng)。

“LED的發(fā)展一年比一年好”，德州儀器公司照明電源產(chǎn)品市場營銷經(jīng)理Peter Di Maso表示。 “這些改進(jìn)使得LED可被用于一般照明，這就是為什么對更好的驅(qū)動(dòng)器存在這么迫切的需求?！?/P>

　　需求不斷增長

當(dāng)然，并非所有形式的照明都需要驅(qū)動(dòng)器。例如，長期以來，白熾燈泡被優(yōu)化以適用于我們常用的110V電源，因此不需要額外的電路來適配輸入電流到輸出。

然而，發(fā)光二極管要更復(fù)雜一些?！笆褂肔ED時(shí)，你首先需要了解輸入電源及其變化”，Microchip公司的8位微控制器產(chǎn)品部門應(yīng)用經(jīng)理Steve Bowling表示，“在輸出端，工程師們要需要知道自己的光學(xué)要求和想要產(chǎn)生的流明值。最后，最終目標(biāo)是讓驅(qū)動(dòng)器提供一個(gè)恒流源給LED?！?/P>

要感謝被稱之為 Haitz定律的現(xiàn)象，盡管驅(qū)動(dòng)LED變得更加復(fù)雜和更加有必要。 Haitz定律---一條以安捷倫科技公司的一位退休科學(xué)家Roland Haitz的名字命名的定律---指出，產(chǎn)生1流明的LED成本每10年下降10倍，而每個(gè)封裝所產(chǎn)生的亮度會增加20倍。對于LED用戶而言，Haitz定律意味著需求增加，這反過來又意味著開發(fā)新技術(shù)的任務(wù)流向了下游。

“人們就希望在把LED燈裝到位之后就不用再惦記著它”，國家半導(dǎo)體公司的Zarr表示?！八麄儾幌Ｍ€要費(fèi)神想太多，所以這個(gè)負(fù)擔(dān)被轉(zhuǎn)移人了LED燈的制造商，然后LED制造商再將壓力轉(zhuǎn)移到其下游的驅(qū)動(dòng)器制造商。”

　　避免發(fā)熱

對于驅(qū)動(dòng)器制造商而言，挑戰(zhàn)在于要在一個(gè)小封裝內(nèi)添加必要的特性。驅(qū)動(dòng)器芯片非常小，尺寸通常為10 × 10毫米或更小。并且，隨著LED制造商將LED納入燈泡設(shè)計(jì)以取代白熾燈泡，未來的驅(qū)動(dòng)器芯片需要做成更小的尺寸。

隨著它們轉(zhuǎn)向這類應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)器需要具備避免發(fā)光二極管過熱的能力。為了做到這一點(diǎn)，很多供應(yīng)商傾向于通過向客戶銷售散熱器和風(fēng)扇來幫助散熱。盡管越來越多的LED用戶希望在LED需要進(jìn)行散熱之前將其熱量降到最低，而解決這一問題就要從驅(qū)動(dòng)器下手。

　　控制調(diào)光器

專家指出，在過去幾年里，零部件廠商讓驅(qū)動(dòng)器的功能更加強(qiáng)大。交流控制三極管（TRIAC）調(diào)光電路長期以來被視作是半導(dǎo)體照明的難題，如今可以和LED一同使用。專家稱，通過在這類電路使用LED，這將促成許多面向家庭、商業(yè)和工業(yè)照明的新應(yīng)用的出現(xiàn)。

“當(dāng)人們在真正的轉(zhuǎn)向LED燈泡的時(shí)候，他們不希望改變其基礎(chǔ)設(shè)施，” Zarr表示。 “他們不希望必須將調(diào)光器從墻上拿走。這就是為什么我們需要一款針對調(diào)光應(yīng)用的解決方案?！?/P>

美國國家半導(dǎo)體的LM3445就是一個(gè)調(diào)光解決方案的例子。LM3445整合了用于讀取標(biāo)準(zhǔn) TRIAC調(diào)光器調(diào)光信號的電路，并將這一信息轉(zhuǎn)換成脈寬調(diào)制電流來驅(qū)動(dòng)LED。

德州儀器的TPS92010解決了一個(gè)TRIAC-LED方案中常見的功耗問題。TPS92010集成了一個(gè)在TRIAC使用過程中不會產(chǎn)生功耗的電路。

“僅在光源的電壓輸入是零的情況下才會有電流，所以功耗是零瓦，”德州儀器（TI）的Di Maso表示。 TI向那些希望將這一功能整合到其所設(shè)計(jì)燈泡的工程師們提供了一款評估模塊。

　　增加的智能

因?yàn)轵?qū)動(dòng)器制造商希望增加新的功能，他們還在產(chǎn)品整合了微控制器。板載智能使得基于微控制器的驅(qū)動(dòng)器成為實(shí)現(xiàn)調(diào)光這類功能的最佳候選，因?yàn)檫@使其能夠監(jiān)測各項(xiàng)功能，然后有針對地做出決定。

“驅(qū)動(dòng)器可以使用系統(tǒng)的輸入——在本案例中是來自TRIAC調(diào)光器的輸入，” Microchip公司的Bowling表示。 “它可以讀取線性電壓。它可以讀取TRIAC調(diào)光器的占空比。它可以監(jiān)測LED的工作電壓和溫度。然后，它再做出決定以保持系統(tǒng)在所選定的亮度等級下正常運(yùn)行。”

Microchip提供了面向驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用8位微控制器系列產(chǎn)品和16位數(shù)字信號控制器系列產(chǎn)品。8位微控制器PIC16F785整合了模擬外設(shè)，包括運(yùn)算放大器、比較器和12通道10位A / D轉(zhuǎn)換?！翱梢栽谖⑻幚砥魃系拇罱K，”Bowling稱，“你可以采用模擬器件來調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)器和微處理器，以促進(jìn)這一功能。”

Microchip的16位dsPIC 33GS數(shù)字信號控制器系列向前邁進(jìn)了一步，整合了極高速的A / D轉(zhuǎn)換器，使得它們能夠?qū)崟r(shí)收集數(shù)據(jù)。因此，dsPIC系統(tǒng)允許開發(fā)人員拓展更先進(jìn)的應(yīng)用，包括調(diào)光、熱保護(hù)和顏色控制。

同樣，德州儀器提供面向LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的Piccolo系列微控制器。在一個(gè)DC/DC式LED開發(fā)工具包中（參見關(guān)于套件的視頻），該技術(shù)采用一個(gè)MCU來控制LED燈串。該套件旨在鎖定那些想要在高功率應(yīng)用場合下使用LED，且不用經(jīng)常更換燈泡的客戶。其應(yīng)用范圍包括路燈、停機(jī)坪、工業(yè)照明，這些場所的用戶不希望頻繁更換燒壞的燈泡。

“Piccolo微控制器可以通過遠(yuǎn)程命令將特定的LED燈串設(shè)定在指定等級的亮度”，德州儀器C2000微控制器營銷經(jīng)理Charlie Ice表示。 “它可以檢測電流和確定其亮度等級，并且可以針對情況進(jìn)行補(bǔ)償。在一個(gè) LED已經(jīng)老化或過熱的情況，它也可以彌補(bǔ)這一不足?！?/P>

　　沒有“萬能型解決方案”

在幾乎所有LED應(yīng)用中，專家指出，效率是誘發(fā)因素。與白熾燈泡相比，有很多白熾燈泡現(xiàn)在采用數(shù)字化控制在特定時(shí)間開啟和關(guān)閉，以達(dá)到省電，而LED不是一定需要智能控制機(jī)制。LED的效率是如此之高，幾乎超出了任何產(chǎn)品，使得其幾乎無須推行智能控制。

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