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标题: 节能要求成推动LED照明市场的主要力量 [打印本页]

作者: update 时间: 2011-6-28 16:54
标题: 节能要求成推动LED照明市场的主要力量
固态LED照明的形势越来越光明，其应用领域在全球范围内不断扩大，包括室内外照明、汽车内部、电视与监视器、手机与其它消费电子产品的背光，甚至汽车大灯。

据市场调研公司Strategies Unlimited的LED市场研究总监Ella Shum，去年全球封装高亮度LED销售额大增93%，达到108亿美元。其增长主要来自电视和监视器以及移动设备的背光。

Shum指出，尽管目前全球对于把固态LED光源用于照明很感兴趣，但高亮度LED市场去年在总体销售额中仅占8%。但她预计，2010-2015年高亮度LED照明领域将增长39%左右。

ElectroniCast Consultants最近公布的市场研究报告认为，去年美国消费的LED灯泡价值4.85亿美元。该公司预测，以2015年该数字将达到16.4亿美元(图1)。

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作者: update 时间: 2011-6-28 16:56
优化驱动器设计

驱动LED是一项复杂任务。这是因为LED照明的应用可能发生改变。效率与颜色准确度等性能参数会受到LED驱动方式的极大影响。德州仪器照明电源产品部策略营销总监Peter DiMaso解释道：“LED驱动方式可以影响效能、色温和色移(由发热导致)以及闪变效应。”

德州仪器C2000微控制器单元(MCU)营销总监Patrick Carner认同这种看法。他也指出，德州仪器宣称其Piccolo MCU可以用于LED驱动器解决方案，允许设计者“进一步深入数字电源控制所使用的硬件和软件”。该公司的C2000 dc-dc LED照明开发者工具显示出，驱动单一或多个共享功率极所需要的正确电源拓扑(图4)。

德州仪器C2000系统与应用工程部门的Brett Larimore指出：“妨碍设计者使用LED的一个主要因素是如何处理软件，而Piccolo控制工具简化了所有这一切。它一步一步地让你了解整个设计流程。”

利用高电流和低堆叠电压来驱动LED，并且需要满足能源之星和Lighting Facts Label要求以及欧洲标准，成为一种挑战。Lighting Facts Label是由美国能源部与环境保护署(EPA)共同制订的。一种对策是使用较少的LED元件，以更高的电流来驱动，以获得更高的光输出水平。

使用较少的LED，意味着可以降低产品成本，但未必有利于改善EPA所要求的效率水平。实际上，效率水平倾向于下降，人们在早期A19和E27灯泡的改装应用中注意到这种情况。电源效率水平太低。

随着输出光水平提高，LED驱动变得更加复杂。根据Haitz定律，对于给定的光线波长(颜色)，封装LED的单位流明成本每10年下降10倍，每个LED封装产生的光量则提高20倍。随着光输出不断提高，封装LED的有效性在某些应用中(对于1千米左右的住宅照明和10千米左右的商业照明)将变得更加有限。

虽然今天的技术能够轻松满足这些LED的需要，但在未来几年，LED将限制在特殊应用领域，而且商业意义有限，除非LED驱动技术与热管理方面的技术创新得到极大发展。在这方面，固态照明产业正在取得令人瞩目的稳步进展，但未来几年能否保持这个走势，仍需拭目以待。

作者: update 时间: 2011-6-28 16:57
温度过高是LED杀手

当以较高的电流驱动的时候，LED的表现处于变化之中。较高的电流不仅带来较高的输出流明，而且会显著提高温度使之远高于LED所处的环境温度。有人估计70%的LED效能以热量形式散发了，必须通过传导或对流来消除热量。这与LED想要取代的传统白炽钨丝灯泡形成鲜明对比。

据国家半导体的资深开发总监Jeff Perry，100W白炽灯泡的效率只有2.2%，而市场上质量最好的LED效率只有30%左右。但是，白炽灯的大部分热量通过红外辐射方式散发。LED则不是这样，它需要利用散热器和风扇控制热量。温度越高，意味着寿命越短和可靠性下降(图5)。

缓解这个问题需要从多方面入手，既要改善LED性能，同时也要改进驱动器电路设计。电源管理IC厂商正在为固态照明开发效率更高的LED驱动电路。

早期固态照明产品所使用的老式LED驱动器拓扑，主要是对原有电压调节方案的修改，在今天的LED中已难以见到。另外，用于固态照明的LED都是专用的。例如，A19/PAR型改装灯泡使用的LED不同于胜于街道照明和MR16应用的LED。认识到这点，LED厂商现在提供专用LED元件。

新型LED驱动器更加复杂先进。它们能够感知驱动电流水平，能够在电流超过建议水平时加以调节。它们也能够补偿发热与老化导致的变化，保证稳定的光输出。而且它们的热保护电路可使过热造成的LED损害程度降到最低，更好地防止LED因过热而失效。

作者: update 时间: 2011-6-28 16:58
各大厂商的设计方案

国家半导体的LM3464和LM3424驱动器采用了一种热管理方式，通过降低输出来调节电流，使LED保持在最大工作温度范围之内。国家半导体还推出了LM3445 LED驱动器，以满足欧洲EN61000-3-2标准，该标准对功率超过25 W的照明产品的总谐波失真规定了严格的限制(图6)。为了达到功率因数校正(PFC)要求，该驱动器使用PFC来使输入电流与输入电压保持同相。

意法半导体HVLED 805的离线LED驱动器具有初级感测反馈(图7)。这种高电压PWM电流模式控制器，把一个低电压PWM控制器与一个800V功率MOSFET组合在一个微波的SO16N封装(8.75- by 3.99-mm)之中。它使用交流电源工作，精度在±5%以内，并提供准谐振零电压开关功能。它面向E27和GU10改装灯。

安森美半导体的CS5171 LED驱动器IC提供较高的效率，而且可由高于或低于LED电压的电源供电。它的单端初级电感转换器(SEPIC)拓扑允许其充当dc-dc升压调节器。该芯片工作频率为260 kHz，效率约为65%，输入电压是4.0-V。

IC驱动器也可以用于越来越多的背光应用这中，包括电视、笔记本电脑、手机和其它消费电子产品。Advanced Analogic Technologies的AAT14xx系列31-mA单通道升压LED驱动器，它能驱动一串多达10个LED。AAT14XX 具有1.15 x 1.55 mm的晶片级封装 (WLCSP) 尺寸。据该公司介绍，AAT14XX 系列提供10管脚 WLCSP 封装，尺寸比1.3- by 2.9-mm 的SOT23包装小80%，比2- by 2-mm 的QFN 包装小55%。

Microsemi Corp.最近宣布了一款参考设计，能够使成本较低的液晶面板产生质量更高的图像。该设计利用了索尼的CXD473063定时与照明控制器，以及Microsemi公司面向3D液晶电视的DAZL! LED驱动器技术。Microsemi公司的双芯片解决方案包含DAZL! 2000系列32端口LX24232逻辑芯片，以及8端口LX23108L LED驱动器电源芯片。

驱动成串LED，比如照明应用中每串多达20甚至更多的LED，可能出现问题。一只LED发生故障就会导致整串熄灭。对于这个问题，Bourns LSP系列分流器可以保护LED灯串中的单个LED。

作者: update 时间: 2011-6-28 16:59
制造良率是关键

LED在固态照明领域得到越来越广泛的采用，在大型晶圆上面制造LED并取得较高的良率，是降低其成本的关键。目前的多数LED是在基于GaN的2英寸和4英寸蓝宝石晶片上面生产出来的，存在良率不一致的问题，因此需要对颜色亮度、前向电压和其它产变量进行检测并根据结果分档。

加上装配与封装步骤，LED成本就会升得更高。目前的普遍良率是30%甚至更低。实际上，专家预计2020年以前都达不到40%或者更高。

LED制造商计划未来几年向6英寸晶圆过渡，随后是8英寸晶圆，采用良率较高的外延MOCVD工艺。通过严格控制温度、回流和材料成分，可以做出那么大的晶圆。LG电子去年开始在6英寸晶圆上面生产LED。Philips Lumileds和Lextar也接近做到这点。有些公司将于明年生产8英寸晶圆样品。

“如果LED产业将来继续增长，动力一定是来自普通照明领域，”欧洲光电产业联盟(EPIC)秘书长Tom Pearsall表示，“而且这有赖于所有方面持续取得重大进展，涉及从基础研究和材料一直到产品的设计与制造效率。”EPIC是一个非营利组织，致力于在欧洲推广和发展LED产业。

作者: update 时间: 2011-6-28 16:59
原文来源于：《国际电子商情》

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