高亮度LED照明系统低温设计挑战

　　　高亮度LED的照明能效(流明/瓦，lm/W)已经高于白炽灯，并且很快将将与荧光灯匹敌(图1)。根据美国能源部(DOE)的发展路线图预测，高亮度LED的照明能效在未来几年内将与高压钠灯相当。这将会大幅扩展LED照明的应用商机，因此，高亮度LED的技术前景非常光明。

　　预计高亮度LED将在各个应用领域渗透，包括汽车、通用照明、笔记本背光、便携及移动无线设备、液晶电视背光及标志等。在诸如便携及移动无线设备领域中，LED背光的渗透率已经达到几乎100%。未来三到五年，液晶电视背光将是LED需求的最大推动力量，其次是通用照明。实际上，在未来三到四年内，50%的液晶电视将使用LED作为主背光源(信息来源：DisplaySearch，2009年7月)。

　　不过，LED的高价格减缓了它在主流消费及住宅市场的渗透速度。由于高亮度LED的成本高，目前主要应用在商业应用中，如街道照明、零售商店、大型商业购物中心等。若要在居家应用中用LED替代传统白炽灯，LED的成本必须降低。

　　在设计高亮度LED照明系统时，最大的挑战是管理温度及散热，以保持LED的工作温度低于它们的结温。实际上，LED是从基底发光，在产生光的过程中，也会产生热量，且这种热量会使LED的结温升高。LED与任何半导体器件一样，保持工作温度低于150℃的最大结温度非常重要。建议LED的工作温度始终低于100℃，一旦高于100℃，其可靠性就有可能会受到影响。

　　第二大挑战是LED的电子驱动电路寿命必须与LED寿命匹配。通常LED的寿命为5万小时甚至是10万小时。因此，电子驱动电路设计人员必须谨慎选择有源及无源器件，从而确保与LED寿命相匹配。例如，设计人员应尽可能地避免使用电解电容，因为这种电容在长期使用条件下可能会产生泄漏。

　　另一项重要挑战是保持照明系统或光源的不同组件具有尽可能高的能效。光源是完整系统，包含LED、用于散热的散热片、光学组件以及电子驱动电路。因此，确保每个组件的设计都能提供其最大能效很重要。例如，如果没有恰当选择光学或散热组件并因此影响光源的总能效，那么要求电子驱动电路的能效达到90%就毫无意义。

　　安森美半导体拥有众多不同的LED驱动方案，适用于宽广范围的应用：汽车、移动/便携(手机和数码相机的LCD背光及相机闪光)、中大尺寸的LCD屏幕(笔记本、上网本、液晶电视)的LCD背光、标志、建筑物以及通用照明。

　　安森美半导体的产品涵盖3种LED驱动方法：线性方案(极简单且极少外部元件)、直流/直流(DC/DC)电感型开关转换器(用于提供高能效及较大电流)，以及电荷泵开关转换器(用于提供高能效及紧凑的尺寸)。还提供不同的LED光输出调制/调光方法：三端双向可控硅开关元件(TRIAC)调光、脉宽调制(PWM)调光、模拟调光、数字调光(DALI、I2C等)。

　　安森美半导体的LED驱动器产品可采用不同类型的电压源供电：从120Vac到480Vac(美国某些公路的电压规格)的交流高压、中等交流或直流电压(如汽车中的12Vac或12Vdc电压)、0.9至5V的便携电池。最新产品含功率因数校正的单段式LED驱动器NCL30000同时兼容于前沿(leading edge)TRIAC调光器和基于晶体管的尾沿/下降沿调光器，非常适合需要高功率因素的低功率(5到20W)应用，如LED驱动器/镇流器、嵌灯/射灯/户外照明等。