技术探究：LED驱动方案该如何选择？

2012-06-16 来源：电子发烧友

　　LED照明的海量市场已经具备激活条件

　　LED的经济性主要体现在其更好的节电效果，照度效率的优势。此外，由于LED具有超长寿命，其更换成本也显著优于其它光源。

　　全球灯泡市场胃纳量上看两百亿颗，在白炽灯于2012年禁产、禁售规范上路后，尽管节能萤光灯（CFL）普及率仍占上风，然在全球环保意识高涨下，发光二极管（LED）已成为各国力推的政策，其中LED灯泡将为众多国家推动的照明计划中优先导入的产品之一。市调机构预估，2011年LED灯泡渗透率为3%，出货量将达六亿颗，产值80亿美元。至2013年，随着40瓦和60瓦传统灯泡掀起汰换潮，总体市场规模将剧增至二十五亿颗。

　　日、韩及北美等国已对LED照明等绿色产品实施补贴政策，目前包括卖场、商店及工厂等场所亦有较高意愿置换为LED照明，吸引日亚，飞利浦，欧司朗及科锐等大厂竞逐商机。由于愈来愈多国家开始编列预算替换LED路灯，再加上LED照明每年价格趺幅达30%以上，预估2013年渗透率将提升至近20%，市场前景可期。（数据来源：新电子科技杂志）

　　 LED照明的海量市场已经具备激活条件

　　各国政府 - LED照明发展计划

　　日本 … 21世纪照明计划

　　美国 … 下一代照明计划

　　台湾 … 白光照明光源计划

　　韩国 … GaN半导体开发计划

　　欧洲 … 彩虹计划

　　中国 … 国家半导体照明工程

　　由于LED的光源特性、特殊的产品设计以及高效率驱动电路，而且在光学设计方面，LED是单向点光源，可进行非常好的光学设计，有利于使光线到达指定区域，同时减少反射，这些都可以提高照射效果，所以照度成本应该是评价LED应用起飞的关键指针。

　　再从LED产能技术配合可用性来看，中国政府藉由Metal Organic Chemical Vapor Deposition奖励方案，来推动大陆内部对LED自给自足的能力。该方案预计在2010-2012年间将耗资16亿美元在MOCVD设备上，同时对每项设备还提供高达180万美元的补助金，地方政府也提出了降低税率、加速设备汰旧换新、以及免费用地等优惠措施，因此该计划等于是鼓励现有的中国LED制造商去扩大产能，也导致许多新的加入者出现，而来自台湾和韩国的厂商也以合资方式进入中国，他们都成为推动中国产能增加的因素。

　　正因为如此，我们认为LED照明的海量市场已经具备激活条件。

　　照明市场最先激活的是户外大角度照射，例如路灯、广告牌灯等。室内照明首先激活的将是长效照明应用，包括隧道、冷库、车库、超市、厂房、商场（冷白光）、办公楼，预计到2011年底左右大部分的商业照明激活，家庭照明则主要是高端客户。

　　然而，LED照明市场也面临着许多挑战，除了价格之外，例如提高发光效率、降低眩光和提升光的配置和均匀度等都是重点，特别是在取代日光灯的领域尤其为重要。

　　高效率LED存在色温较高偏冷色的缺点。由于使用习惯的差异，部分应用环境（如服装店）或部分国家（如大部分亚洲国家）需要色温更低的暖白光，这最多损失30%左右的光源效率。正因如此，暖白光的激活门槛要高于冷白光，我们估计当LED的成本能够下降40%左右时候，暖白光将具有目前冷白光的经济性，预计这个时间在2011年底左右。

　　LED灯寿命一直存在争议，尽管LED芯片的寿命可能大于10万小时，但是封装和驱动环节都可能导致整灯寿命下降。目前已经出台的LED路灯标准都规定寿命要达到三万小时，室内照明的标准大部分规定在两万小时，这也是行业的普遍水平。

　　目前的LED寿命多数是通过一定时间测试过后，采用数据模型推算所得。由于LED寿命较长，客户难以通过使用的经验寸判断LED灯的寿命，而之前不规范的LED产品影响了大众对于LED寿命的预期。

　　LED照明电源和驱动方案的选择

　　在LED照明设计中，驱动方案一般来说有两种：线性驱动和开关型驱动。

　　线性驱动应用是一种最为简单和最为直接的驱动应用方式。在照明级白光LED应用中，虽然存在着效率低、调节性差等问题，但是由于其电路简单、体积小巧，能满足一些特定的场合应用较多。

　　而开关型驱动可以获得良好的电流控制精度和较高的总体效率，应用方式主要分为降压式和升压式两大类。降压式开关驱动是针对电源电压高于LED的端电压或者是多个LED采用并联驱动情况下的应用。升压式开关驱动是针对电源电压低于LED的端电压或者是多个LED采用串联驱动情况下的应用。

　　一般认为，隔离型驱动安全但效率较低，非隔离型驱动效率较高，应按实际使用的要求来选。

　　目前设计一般的基本LED驱动器照明应用相对较简单，但是如果还需要其它功能如相位控制调光和功率因子校正（PFC），设计就变得复杂。无功率因子校正功能的非调光LED驱动器通常包含一个离线式开关电源，用于恒定电流下调节输出。

　　LED驱动器的后端架构包含一个具有短路保护功能的电流调节电路。可以利用线性调节电路达到这一目的，然而这种方法本身效率低下，因此适用低输出电流，通常不会应用到多级架构中去。替代方法是使用简单的、具有电流回馈功能的降压稳压器电路，以便限制了输出电流超过期望的LED驱动电流。其抵消了总LED正向电压随温度和器件容差的变化，还限制了出现短路或其它故障条件时的电流，从而能够保护驱动器免遭损坏。