LED驱动：照明应用看好 散热仍是难题

      照明驱动技术门槛颇高

　　  ●LED照明进入普通民用领域尚需时日

　　  ●关键技术被国外垄断

　　  LED照明已经展示了巨大的潜力，但在不同的应用领域其发展水平并不均衡，因此，不同领域的驱动电路市场表现也参差不齐。杭州士兰微电子电源及功率驱动产品线总经理吴建兴在接受《中国电子报》记者采访时表示，LED照明市场发展主要的障碍是成本偏高，所以LED照明首先将在对成本相对不敏感的领域得到发展，如景观照明、路灯及车灯等;杭州茂力半导体技术有限公司暨MPS杭州研发中心总经理任远程也表达了类似的观点，他认为，受限于高昂的价格，LED照明的应用目前仍集中在市政工程上，大规模地进入普通民用领域可能还需要3到5年。

　　  安森美半导体电源及便携产品全球销售及营销总监郑兆雄也向记者表达了该公司对LED照明市场的重视，他说：“安森美半导体将充分发挥公司在电源管理领域的技术专长和大批量制造方面的实力，为汽车照明、商业照明、户外照明及通用照明等多种应用提供LED驱动方案。”

　　  在技术上，照明应用对LED驱动电路也提出了更高的要求。飞兆半导体PCIA照明部总监李在鹏告诉记者：“LED照明驱动电路越来越专注于稳定的亮度和功率转换效率，追求更高的功效、更高的集成度以及更小的外形尺寸。”就系统而言，大功率LED照明技术涉及电学、光学、热学、力学等多个学科，无锡晶凯科技有限公司董事长黄伟博士告诉记者：“从实现手段上来看，LED照明技术囊括了功率器件及其高压制程工艺、功率集成电路设计、热学管理、先进封装及其光电集成技术等多项先进制造技术。”“与发达国家相比，我国在照明LED驱动领域起步较晚且基础较为薄弱，缺乏具有自主知识产权的核心技术。”黄伟说，“目前用于大功率LED的驱动IC芯片技术主要被几家欧美半导体大公司所垄断，尤其是应用于25W～100W功率范围的小区道路照明和输出功率100W以上的主干道照明，由于需要用到隔离性的反激式变换器，因此只有少数几家企业掌握了该技术。”据黄伟介绍，用于白炽灯的阻性TRIAC调光器难以对CFL、LED等容性电光源进行调光，这一直是LED驱动技术的瓶颈，晶凯科技开发出应用于110V～260V交流照明应用的首枚国产AC/DC高压芯片，以多项独创的精确调光镇流技术，突破了这一瓶颈，达到可直接替换高能耗的白炽灯、实现LED可自由配合阻性TRIAC调光器使用的目的。

　　  室内外应用各具特色

　  　●路灯照明需适应恶劣环境

　　  ●室内应用应考虑兼容性

　  　在LED照明应用中，室外照明和室内照明在驱动方式上有明显的区别。据吴建兴介绍，路灯采用交流供电，需要将交流转成直流，再实现恒流控制。路灯的输出功率大，工作环境最恶劣，需要考虑极端温度条件，同时考虑到路灯的维护成本，产品的可靠性要求也很高;相对于路灯而言，室内照明功率小，工作环境相对良好，但对成本比较敏感，同时还必须考虑到与原照明接口的兼容性，对产品的体积也有严格要求。

　　  任远程则从产品结构的角度向记者解释了室外和室内照明LED驱动电路的差异，他说： “路灯照明采用三级架构，即‘PFC(功率因数校正)+隔离DC/DC变换器+降压恒流变换器’。通常前两级由电源厂商设计生产，是一个相对独立的电源，提供一个稳定的直流电压给灯具，而第三级则由LED系统厂商自己设计，与灯具构成一个整体。第三级电路由于和发热严重的LED在一起，要求极高的转换效率。室内照明通常采用单级架构，虽然是否需要PFC目前还没有定论，但是业界已经普遍认为如果把传统的白炽灯全部换成LED，谐波对电网的污染不可小视，所以PFC还是必要的;已有的白炽灯和荧光灯往往和调光器是配套安装使用的，换装的LED灯具必须能和原有的调光器匹配工作;此外，根据具体的应用，驱动电路可以是隔离的，也可以不隔离。”[page]

       延长寿命有待努力

　　  ●解决散热问题是延长LED寿命关键

　　  ●热敏电阻承担LED器件保护重任

　  　LED产品的使用寿命也是消费者非常关注的问题，甚至有观点认为是驱动电路这块短板让LED产品变得“短命”。郑兆雄告诉记者：“LED产品本身具有很长的使用寿命，如果驱动电路的可靠性较低，会影响其使用寿命，进而影响整个照明系统的寿命。提供高可靠性的驱动电路本身并不难，难的是在保持极高可靠性的同时，还要降低成本。因此，设计人员选择合适的LED驱动器及外部元件就显得尤为重要，要确保驱动电路的可靠性和寿命与LED的可靠性和寿命相匹配。”在李在鹏看来，解决寿命问题的方案需根据器件功率的不同来加以选择，他表示，按照功率从低到高可分别采用非隔离型降压、隔离型PSR反激式、单级反激式、准谐振和LLC半桥拓扑，以达到更高的功效，实现精确的恒流控制。“在照明领域，驱动电路的最大困难是如何解决散热的问题。”任远程说，“如果散热效果不佳，电路中电解电容的寿命将大大降低，将严重影响LED产品的寿命。解决方案包括提高驱动电路的效率，提高散热能力，在电路中通过一些独特的设计甚至可以去掉电解电容。”吴建兴则认为，LED照明是一个系统，由 LED、电子系统、散热系统等组成，这三者是密不可分的;LED的寿命需要在稳定的输入电压、恒定的输出电流、低于60℃的环境温度下才能体现。

　　  除了提高系统效率之外，业界也考虑采用特殊的器件对LED进行保护，从而提高系统的寿命。泰科电子电路保护事业部高级应用经理董在接受《中国电子报》记者采访时表示：“LED的性能和寿命是与LED的PN结工作温度紧密相关的，对LED结温的有效控制是保护LED的根本要求。虽然这项技术正在不断普及，但 LED照明厂家仍在继续攻克LED光源热敏感性强的难题。热量过多或应用不当都会使LED光源的性能大打折扣。当LED芯片内结温度升高10摄氏度时，光通量就会衰减1%，LED寿命就缩短50%。过流、过压和过热都会显著地降低LED的发光性能并缩短使用寿命。所以，除了良好的散热设计之外，安全可靠的过热保护也是必须加以考虑的。”据董介绍，泰科电子在1980年首次将PPTC(高分子正温度系数)材料用作保护电路的热敏电阻。这种单器件方案可以对因电源使用不当导致的受损提供保护，并具有瞬态抑制、反向偏压保护能力，也可防止因过流事件而受损，可复位PPTC器件可以防止因LED照明应用中过流和过温故障造成的损害。