LED驅(qū)動電源的功率因子很快將達(dá)到95%以上

然而LED在照明市場應(yīng)用上仍存在某些問題，其中包括LED一致性、壽命測試，尤其是電源供應(yīng)與驅(qū)動系統(tǒng)規(guī)格等問題還有待解決等。在LED驅(qū)動電源方面的要求包括高效率、高功率因子、高電流控制精度、高可靠性、安全隔離、符合EMI標(biāo)準(zhǔn)、體積小、成本低等。值得注意的是，最新的能源之星標(biāo)準(zhǔn)提出對于大于5W的LED照明產(chǎn)品，要求功率因子指標(biāo)(PFC)必須大于0.7，如此才能進(jìn)一步達(dá)成節(jié)能的目的。

電源輸入系統(tǒng)要求各有不同

分析LED燈具的成本結(jié)構(gòu)，散熱組件約占三成，電源供應(yīng)系統(tǒng)占兩成，組裝部分占5%，LED組件則占最大比例，達(dá)45%之多。在LED燈具的各個(gè)部分中，電源模塊肩負(fù)節(jié)能重任。目前市場上的LED照明電源輸入系統(tǒng)可分為為兩類，一類前端為AC電源輸入系統(tǒng)加上后端的恒流控制模塊，此類產(chǎn)品包括冷凍柜燈條、室內(nèi)燈具、路燈、臺燈、MR16、AR111等。另一類為交流電源直接輸入系統(tǒng)整合AC/DC轉(zhuǎn)換器和恒流線路，此類產(chǎn)品包括E27和GU10等燈泡型LED燈、PAR燈、T5和T8 LED燈管等。

根據(jù)凱鈺科技資深經(jīng)理何紹加表示，第一類電源設(shè)計(jì)除了應(yīng)選擇前端效率較佳的恒定電壓電源供應(yīng)器外，后端恒定電源控制的電源模塊則依其產(chǎn)品特性采用效率較佳的電源設(shè)計(jì)。其優(yōu)點(diǎn)在于前端AC/DC的電源供應(yīng)器，如開關(guān)電源、DC適配器等恒定電壓電源，可選擇性高且多有安規(guī)認(rèn)證的方案，從而降低設(shè)計(jì)的門坎。

第二類電源設(shè)計(jì)則由于整合了AC/DC的電路和恒定電流電路，主要的難度存在于功率因子、電源效率和安規(guī)等方面的考慮，設(shè)計(jì)也存在一些難度。針對此，業(yè)者表示，不同功率的交流-直流(AC-DC) LED照明應(yīng)用所適合的電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)各不相同。如在功率低于80 W的應(yīng)用中，反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是標(biāo)準(zhǔn)選擇；而在講究高效能的應(yīng)用中，諧振半橋雙電感加單電容(HB LLC)則是首選。

高電源轉(zhuǎn)換效率為追求目標(biāo)

據(jù)了解，超高效能的LED照明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在近年來頗受歡迎，業(yè)者主要是寄望能以在相對較低的功率級別(50W)提供高于90%的效能，而如此高的效能需要以新的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)達(dá)成，例如以諧振半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)取代反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，如此可充分發(fā)揮零電壓開關(guān)(ZVS)的優(yōu)勢。

從應(yīng)用的功率等級來看，AC-DC供電的LED一般照明應(yīng)用包括低功率、中等功率和大功率等不同類型。低功率應(yīng)用的功率范圍通常在1到12W之間；中等功率涵蓋8到40W范圍；大功率應(yīng)用的功率常高于40W。 整體而言，LED照明驅(qū)動電源業(yè)者面臨的主要挑戰(zhàn)便是LED驅(qū)動器應(yīng)挑戰(zhàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，尤其是在驅(qū)動大功率LED時(shí)更是如此，因?yàn)樗形醋鳛楣廨敵龅墓β识甲鳛闊崃亢纳?，電源轉(zhuǎn)換效率的過低，將會影響LED節(jié)能效果的發(fā)揮。

首先，在1W到8W的低功率LED一般照明方面，典型應(yīng)用如G13、GU10、PAR16、PAR20和嵌燈等。此類應(yīng)用的輸入電壓范圍在交流90至264V之間，恒流輸出電流包括350mA和700mA兩種，效能要求為80%，并要求提供短路保護(hù)和過壓保護(hù)等保護(hù)功能。在8W至25W LED一般照明應(yīng)用要求及方案方面，則分為無PFC及有PFC。

針對無PFC的情況， 8W到25W AC-DC LED照明的典型應(yīng)用如PAR30、PAR38和嵌燈。在此類應(yīng)用中，輸入電壓要求為85~135 Vac或185~264Vac(或通用輸入)，效能要求大于80%，提供短路保護(hù)及開路保護(hù)等保護(hù)功能，恒流輸出電流為350mA、700mA及1A等不同電流。在要求PFC的8W到25W AC-DC LED照明方面，典型應(yīng)用同樣是PAR30、PAR38和嵌燈。此類應(yīng)用的輸入電壓規(guī)格為90至264 Vac，效能要求80%，支持350mA、700 mA及1A恒流輸出，提供短路及過壓保護(hù)，功率因子要求高于0.9。至于50W至200W LED一般照明多用于街道照明及大功率區(qū)域照明，可以采用用于50W-150W或100~200W功率范圍的不同LED方案。

主動式功率因子調(diào)整達(dá)到95%以上

針對LED照明電源驅(qū)動需求，在恒流驅(qū)動器方面，凱鈺科技主推T6316，它是一個(gè)具有4個(gè)通道的定電流發(fā)光二極管驅(qū)動器，輸出電流可依照外置電阻而定。凱鈺科技的T6322則是一個(gè)降壓恒流LED驅(qū)動器，其電流依照外置電阻決定，可支持高達(dá)1.5A輸出電流，提供±5%精度電流及高功率效能(低能耗)及高線路調(diào)整能力，T6316具有±6%精度電流與通道間±3%匹配精度，可用于路燈、燈管等照明設(shè)備。

何紹加并進(jìn)一步表示，在功率因素方面，目前被動式功率因子調(diào)整可以達(dá)到0.8，其結(jié)構(gòu)簡單、價(jià)格低廉、工作頻率與電源相同、但被動組件體積大、重量重，且需針對特定輸入電壓和負(fù)載條件來設(shè)計(jì)。針對此，凱鈺可提供對應(yīng)的被動式填谷濾波器來修正整體的功率因子，讓LED驅(qū)動器的功率因子達(dá)85%以上，據(jù)了解，凱鈺科技即將開發(fā)完成的驅(qū)動器將采用主動式的功率因子調(diào)整，其整體的功率因子達(dá)95%以上，將能進(jìn)一步達(dá)到節(jié)能目標(biāo)。

立锜也已推出LED照明驅(qū)動IC -RT84系列，立锜表示，有別于市面上多采用磁滯控制的降壓型LED驅(qū)動IC，立锜全系列產(chǎn)品采用定頻控制，使電感值的減少維持為磁滯控制的三分之一，其定頻控制方式也比磁滯控制較不隨輸入電壓及電流的變化導(dǎo)致精確度變差。立锜亦針對不同的LED照明應(yīng)用提出不同的降壓、升壓及升降壓的LED解決方案。

立锜表示，目前市面上產(chǎn)品應(yīng)用大多采降壓LED驅(qū)動IC進(jìn)行設(shè)計(jì)，此方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)概念簡單，但LED驅(qū)動的數(shù)目會受限于降壓電路的限制以致于需使用大量的降壓IC，采用立锜的升壓驅(qū)動IC則可大幅減少LED降壓驅(qū)動IC一半以上的使用量及成本。立锜目前的LED驅(qū)動電源產(chǎn)品可滿足客戶降壓、升壓及升降壓的應(yīng)用，從1W至400W均提供相對應(yīng)產(chǎn)品。并對標(biāo)準(zhǔn)燈具如MR16、AR111、GU10、E27、PAR30、PAR38等規(guī)格提供解決方案。

兼具隔離和非隔離應(yīng)用的支持

談到LED照明驅(qū)動電源，不能不提的當(dāng)然還有恩智浦半導(dǎo)體(NXP Semiconductors)，該公司于今年上半年推出一款全新LED控制器SSL2103。恩智浦表示，該產(chǎn)品進(jìn)一步擴(kuò)展恩智浦已獲得市場驗(yàn)證的AC/DC LED驅(qū)動器產(chǎn)品系列(SSL2101/SSL2102) ，使其能適用于多樣的照明應(yīng)用。恩智浦半導(dǎo)體照明部門營銷總監(jiān)Jacques Le Berre表示，SSL2101不僅能符合市場對于LED的需求，更引領(lǐng)整個(gè)產(chǎn)業(yè)提供更節(jié)能的照明解決方案。事實(shí)上， SSL2101自2009年春季上市至今的銷量已超過一千萬枚。SSL2101和SSL2102產(chǎn)品已相當(dāng)成熟，可應(yīng)用到各種可調(diào)光LED驅(qū)動器中，非常適合高整合、低功耗的應(yīng)用，例如低于25瓦的獨(dú)立整流器或低于15瓦的LED燈泡。

SSL2103則具有同類產(chǎn)品SSL2101的功能和特性，并可用于更高功率的解決方案。作為一款多用途AC/DC LED照明控制器，SSL2103具有更大的功率適用范圍和更好的調(diào)光兼容性，使其適用于可調(diào)光與不可調(diào)光的LED照明燈。此外，SSL210x系列產(chǎn)品整合相同功能的控制器，提高該系列產(chǎn)品在各種LED照明燈應(yīng)用中的通用性。SSL2103主要針對更高功率的LED照明燈具(PAR20、PAR30和PAR38) 而設(shè)計(jì)，可為LED燈具設(shè)計(jì)提供功率、外形尺寸及調(diào)光控制方面提供更大的彈性。

據(jù)了解，SSL2103除具有SSL2101和SSL2102的功能和性能外，還可滿足更高功率的應(yīng)用。此一功能的實(shí)現(xiàn)是透過外部功率開關(guān)，并可同時(shí)支持可調(diào)光或非可調(diào)光照明驅(qū)動器的應(yīng)用。與先前產(chǎn)品的設(shè)計(jì)相似，SSL2103在正常工作溫度下的壽命可超過75,000小時(shí)。恩智浦的AC/DC LED驅(qū)動器產(chǎn)品系列可提供相當(dāng)多樣的技術(shù)方案，并可支持隔離或非隔離燈具的應(yīng)用。此外，該系列產(chǎn)品亦可應(yīng)用于100V、110V或230V的交流電源網(wǎng)絡(luò)，電路板外形尺寸則可應(yīng)用于E27、GU10或者PARx燈具。此產(chǎn)品系列中還包含整合功率開關(guān)和泄流電路(bleeder circuitry) 的產(chǎn)品，可使PCB板的尺寸更小。

保持超高效率的可調(diào)光方案

再者，Infineon推出的可調(diào)光LED驅(qū)動方案ICL8001G，主要用于10W-60W，可支持調(diào)光功能，適用于住宅照明用的高效LED燈泡足以替代40W/60W/100W白熾燈泡，并支持各種典型的消費(fèi)照明應(yīng)用。Infineon表示，采用ICL8001G的驅(qū)動器電路板，是以創(chuàng)新的主控技術(shù)來管理LED功耗。25個(gè)組件就足以因應(yīng)一盞10瓦LED燈所需(效能等同60瓦)，相較于其他替代產(chǎn)品，可省電一半并減少約30%的成本，參考設(shè)計(jì)印刷電路板面積更僅為20mm x 70mm可輕松嵌入一般旋入式燈泡。所有組件全部組裝于一片單面電路板，有助于進(jìn)一步降低成本。 據(jù)了解，ICL8001G節(jié)能效果可達(dá)90%，支持多種已安裝的墻面調(diào)光器，同時(shí)也是唯一的整合功率因素校正(PFC)功能的主控式脫機(jī)型LED驅(qū)動器解決方案，功率因子超過98%。

相較于目前許多可調(diào)光的LED可調(diào)光方案，調(diào)光會造成30%的能源效率下降，英飛凌驅(qū)動器解決方案由于采用許多舍相(phase-cut)調(diào)光器，因此在整個(gè)調(diào)光范圍內(nèi)都可保持超高效率(>80%)。ICL8001G其他特點(diǎn)包括：驅(qū)動器輸出獨(dú)立，可有效防止過熱問題；數(shù)字軟啟動功能，內(nèi)建啟動單元，隨開即亮；逐周期電流限制；短路保護(hù)、過壓保護(hù)及過熱偵測。

無電解電容LED驅(qū)動電源方案

再者，在目前市面上，無需電解電容的LED照明驅(qū)動電源解決方案也相當(dāng)值得一提。例如日本村田制作所在今年七月間于TECHNO FRONTIER 2010上展示用于LED照明的數(shù)字電源電路，其輸入輸出電容器便是以該公司的多層陶瓷電容(MLCC)取代電解電容，可內(nèi)置于直管型LED照明器具的管內(nèi)。與采用鋁電解電容器時(shí)相比，此方案除了可縮小產(chǎn)品尺寸外，還能延長產(chǎn)品壽命，為了獲得恒定電流，此方案采用了DSP微控制器，開關(guān)頻率約為200kHz。輸出電容器采用了兩個(gè)約5μF的MLCC。輸入電壓支持AC100V以及200V兩種。據(jù)了解，一般情況下，該容量的MLCC無法完全吸收脈動電流，不過通過改進(jìn)DSP側(cè)的控制，不會感覺到照明器具的閃爍。主電路采用非絕緣升降壓型，沒有設(shè)置PFC(功率因子改善)電路。外形尺寸為180mm×19.4mm×6.5mm。

基本上，之所以要取代電解電容，主要是因?yàn)槟壳捌胀↙ED照明驅(qū)動電源的工作壽命取決于AC轉(zhuǎn)DC時(shí)平滑電路必須采用的電解電容。而LED的工作壽命高達(dá)4萬小時(shí)，電解電容的壽命卻只有幾千小時(shí)，由于系統(tǒng)的壽命是由電源組件中使用的電解電容的壽命來決定的，如果不想法拿掉電解電容，那么LED照明驅(qū)動電源的壽命與LED的壽命就無法匹配，LED照明的長工作壽命勢必受到影響，因此近來業(yè)界相當(dāng)積極于開發(fā)無電解電容的LED照明驅(qū)動電源解決方案。

直接以交流電驅(qū)動可帶來更大應(yīng)用空間

為求解決交流/直流轉(zhuǎn)換器的壽命比LED壽命短的問題，除上述方案外，交流LED的開發(fā)亦頗受矚目，例如首爾半導(dǎo)體開發(fā)的Acriche便無需AC/DC轉(zhuǎn)換器，可直接連接交流電源驅(qū)動。此外，臺灣工研院所研發(fā)的片上交流電LED照明技術(shù)亦是采用交流電直接驅(qū)動LED芯片發(fā)光，工研院電光所、光電組件與系統(tǒng)應(yīng)用組朱慕道組長指出，此技術(shù)不需整流變壓器，較傳統(tǒng)LED節(jié)省15~30%電力，搭配立體導(dǎo)熱、可插拔封裝技術(shù)，體積小等特性，更容易進(jìn)行多變化的照明設(shè)計(jì)，工研院表示，此技術(shù)不僅節(jié)能減碳，也提升了整體LED的發(fā)光效率，更為LED整體的照明應(yīng)用，帶來更寬廣空間和市場機(jī)會，相信這項(xiàng)技術(shù)將會在5年內(nèi)成為未來極具潛力的照明技術(shù)。