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炙手可熱的LED照明話(huà)題從年初一路延燒至年尾，人人都知道LED節能環(huán)保壽命長(cháng)，但在面臨大規模應用時(shí)，卻又因為電源壽命不匹配、可靠性不足等問(wèn)題不得不推遲上市時(shí)間。愈來(lái)愈多的業(yè)內人士認識到，要充分發(fā)揮LED的潛能，照明驅動(dòng)電源是關(guān)鍵的支撐因素之一。 對于LED照明驅動(dòng)電源，當前的主要訴求集中在高可靠性，以及高效節能等方面。來(lái)自本土的西安明泰半導體科技有限公司總經(jīng)理邢先鋒針對目前的LED照明驅動(dòng)電源明確提出三點(diǎn)要求：第一，要具有高的可靠性，包括與LED光源相匹配的長(cháng)壽命，寬的工作溫度適應性(-40度—65度，甚至-55—85度)，以及寬的電網(wǎng)適應及自我保護性能等；第二，要高效節能，明泰Tesemi的產(chǎn)品效率高達95%，遠遠超過(guò)我國和歐盟等91%的一級能效標準；第三，在目前LED 產(chǎn)品無(wú)全面標準情況下，LED必須滿(mǎn)足電氣強制標準，特別是EMC的GB17743對應IEC 6100，電流諧波THD的GB17625. 1-2003 對應IEC 61000-3-2:2001，這要求了電源要有良好的EMC,PFC/THD。 iWatt公司一直配合眾多LED照明企業(yè)提供電源方案，該公司銷(xiāo)售副總裁朱保賚接受本刊采訪(fǎng)時(shí)表示，LED照明電源發(fā)展的趨勢應該是：高效率、高可靠性，以及對調光與非調光廣泛的應用兼容性。Power Integrations市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁Doug Bailey也認為，所有客戶(hù)都需要可靠、高效節能的LED驅動(dòng)產(chǎn)品。 當然，還有其他一些要求存在，比如功率因數校正(PFC)，無(wú)閃爍可控硅調光，在不同輸入電壓、溫度及燈泡間都具有高精度恒流驅動(dòng)輸出，以及一致的導通和關(guān)斷性能。Doug Bailey表示，Power Integrations(PI)所推出的器件在隔離式(LinkSwitch-PH)和非隔離式(LinkSwitch-PL)拓撲結構中都具備這些特性，具體取決于所選用的機械隔離方式和目標應用所適用的安全規則。 當前市場(chǎng)對LED照明電源的需求因應用而異，消費類(lèi)燈泡的設計要求與路燈或工業(yè)熒光替代燈存在很大的不同。Rohm公司認為，LED照明市場(chǎng)用于室內照明的燈泡型漸漸過(guò)渡到直管型，用于室外的街燈也有增加。隨著(zhù)LED向高亮度化改善，LED驅動(dòng)電路也逐漸開(kāi)始向高輸出化發(fā)展。 離線(xiàn)型LED照明電源成主流 目前，LED取代型燈泡及其他新型LED照明的發(fā)展十分迅速，主體市場(chǎng)則趨向離線(xiàn)型LED照明電源。國際整流器公司(IR)LED部門(mén)主管Peter B. Green指出，離線(xiàn)LED電源市場(chǎng)主要分為高功率和低功率兩個(gè)部分，大概以50W為分界線(xiàn)，不包括手持設備等低壓應用。 基于集成型LED的燈泡替代產(chǎn)品大多采用簡(jiǎn)單的、非絕緣型降壓穩壓器LED驅動(dòng)電路。這些產(chǎn)品都是采用了最少的元器件數量和最低的成本，但又必須同時(shí)提供足夠的流明/每瓦，以及高于0.7的功率因數，并具有標準的雙向可控硅調光器調光的能力。 市場(chǎng)上不能滿(mǎn)足這些性能要求的產(chǎn)品正逐漸被取代，而美國能源部“能源之星計劃(Energy Star program)”的要求也是促成這一變化的原因之一。 高功率LED驅動(dòng)器通常需要絕緣隔離，以達到UL標準。這往往需要其功率因數大于0.9，并具備調光能力，而這種調光能力可能是通過(guò)基礎調光器之外的其他方法實(shí)現的。另外還需要產(chǎn)生至少與熒光燈相等的流明/每瓦，并具有更長(cháng)的使用壽命。 Diodes LED照明業(yè)務(wù)部門(mén)總經(jīng)理Allan Lin認為，離線(xiàn)型LED照明電源的發(fā)展將改變LED的銷(xiāo)售角度，從銷(xiāo)售大批量DC/DC電源的低電流、高亮度 LED (用于手機、標識及筆記本電腦)，到銷(xiāo)售AC/DC 電源的更高電流LED (一般是照明應用)。這將提升整個(gè)普通照明 AC/DC LED 驅動(dòng)器市場(chǎng)，并增加對電源組建更低成本的需求。 LED背照燈電視和其他大型LCD電視應用也迎來(lái)其他發(fā)展空間。他們正由CCFL向LED轉移，從而進(jìn)一步促進(jìn)更高電流LED、更高電壓電源市場(chǎng)的發(fā)展，并提高對驅動(dòng)眾多大型平行鏈的更高電源LED的要求。 無(wú)電解電容LED照明方案惹爭議 在大多數LED應用中，對LED燈的使用壽命影響最大的器件就是去耦電容器。高溫高可靠性的電容器會(huì )顯著(zhù)增加BOM的成本，因此減少電容的大小是增加電燈壽命及控制BOM成本的一個(gè)重要趨勢和訴求。Allan Lin表示，Diodes正在研究在未來(lái)的器件中減少電容器的大小。 不僅如此，更有不少廠(chǎng)商紛紛推出無(wú)電解電容的LED照明方案。創(chuàng )意電子有限公司產(chǎn)品工程師龍金節介紹，該公司TK5401、IL9910、TK5401均為無(wú)電解電容的驅動(dòng)方案，主要用于球泡燈，PF值可達到歐洲標準0.70，外圍元件少，價(jià)格低，長(cháng)壽命且節約空間。隨著(zhù)時(shí)間的推移，市場(chǎng)上的一些帶有電解電容的驅動(dòng)電源會(huì )有相繼失效的現象，龍金節認為，無(wú)電解電容的驅動(dòng)方案是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢。 雖然LED是個(gè)節能環(huán)保產(chǎn)品，目前商用80-120lm/w光效已是所有照明產(chǎn)品中最高水平，但仍有60%左右的電能不能轉換為光能而轉換為熱能。所有LED燈具工作時(shí)是一個(gè)加熱體，使燈具局部形成50—70度甚至85度的高溫區，會(huì )很快將電解電容的電解液烤蒸發(fā)，1000到3000小時(shí)時(shí)就很快失效。 邢先鋒指出，實(shí)際上傳統日光燈、節能燈驅動(dòng)中電解電容也催在同樣問(wèn)題，只是電源壽命與燈管壽命相當而沒(méi)使矛盾特別突出。他表示，“無(wú)論可靠性還是成本，抑或是可實(shí)現性考量，無(wú)電解電容將是LED照明驅動(dòng)電源的不二選擇�！� 不過(guò)，針對無(wú)電解電容方案，在業(yè)界有很多其他不同的聲音。 “我們并不認為無(wú)電解電容LED照明是LED照明電源的發(fā)展大趨勢。而且從現狀來(lái)看，技術(shù)方面需要克服的問(wèn)題很多�！盧ohm公司在接受本刊采訪(fǎng)時(shí)表示。 Peter B. Green指出，隨著(zhù)電源需求的增加，如果不采用電解電容，LED驅動(dòng)器的設計會(huì )變得非常昂貴。在低功率水平上，通過(guò)用陶瓷電容取代電解電容可以解決這一問(wèn)題，而在高品質(zhì)光源燈具上，電解電容是難以去除的。 事實(shí)上，如果電解電容質(zhì)量很好，可以達到105攝氏度的工作溫度和10000小時(shí)額定工作時(shí)間，就沒(méi)有必要將電解電容從LED驅動(dòng)設計中去除。如果在低溫條件下，這些元件的使用壽命可以遠遠超過(guò)10000小時(shí)，例如，在85度下，一個(gè)額定壽命為10000小時(shí)的元件可以運行40000小時(shí)。 “其實(shí)用不用電解，其焦點(diǎn)就是電解的壽命，也就是整個(gè)產(chǎn)品的可靠性�！敝毂Ｙl表示，對于LED電源，擔心最多的就是某些元件的自然老化，例如電解電容，因為它的工作溫度很高；其次就是驅動(dòng)電源對于電網(wǎng)波動(dòng)的適應性及可靠性，例如雷擊，因為很多半導體的元件會(huì )因為Over Stress而失效。電解電容會(huì )存在電解液干涸的可靠性問(wèn)題，但是如果簡(jiǎn)單地去除電解電容就會(huì )降低電源對電網(wǎng)波動(dòng)的抗干擾能力，也會(huì )帶來(lái)因雷擊失效的風(fēng)險，因此需要全面地評估產(chǎn)品的可靠性。 由無(wú)電解電容帶來(lái)的高紋波電流而導致的低頻閃爍開(kāi)始越來(lái)越被人注意，有研究者認為，低于165Hz的頻閃即便是人眼不易覺(jué)察，但這已經(jīng)對某些人眼造成生理上的不適，幅度大的低頻紋波會(huì )也會(huì )被導致一些數碼像機設備出現差頻閃爍的亮暗柵格。朱保賚認為，雖然市場(chǎng)很渴望能有既能解決電容壽命又能保持穩定性及可靠性的新方案，但現階段在高品質(zhì)光源燈具上是難以去除電解電容的。 Doug Bailey贊同此觀(guān)點(diǎn)。他表示，對于不需要調光的應用，使用LinkSwitch-PH就可以省去電解電容。PI的單級PFC/恒流設計可以讓設計師省去大容量電容，這在傳統設計中通常需要在PFC級和恒流級之間使用。對電容剩下的唯一要求是，在輸出中通過(guò)AC波形的低點(diǎn)(此時(shí)，電壓接近于零)對LED 供電。 “這可以用足夠容量的陶瓷電容、鉭電容或OSCON電容來(lái)替代電解電容，從而消除100Hz或120Hz的閃爍。對于不太關(guān)注調光的高溫、高可靠性工業(yè)應用來(lái)說(shuō)，我強烈建議不采用電解電容進(jìn)行設計�！盌oug Bailey強調。 非隔離和隔離型驅動(dòng)電源將長(cháng)期共存 目前在一般的LED照明市場(chǎng)上，存在非隔離設計和隔離型驅動(dòng)電源之分。 非隔離設計僅限于雙絕緣產(chǎn)品，例如燈泡的替代產(chǎn)品，其中LED和整個(gè)產(chǎn)品都集成并密封在非導電塑料中，因此，最終用戶(hù)并沒(méi)有任何觸電的危險。二級產(chǎn)品都是隔離型的，價(jià)格相對比較昂貴，但在用戶(hù)可以接觸到LED和輸出接線(xiàn)的地方(通常在LED照明和路燈照明應用的情況下)，這種產(chǎn)品必不可少。 帶隔離變壓器或者電氣隔離的LED驅動(dòng)電源意味著(zhù)LED可以直接用手接觸而不會(huì )觸電。而無(wú)隔離變壓器的LED驅動(dòng)電源雖仍可以借助防護外殼實(shí)現部分機械絕緣，但此時(shí)的LED在工作時(shí)并不能直接接觸。 Rohm公司接受本刊采訪(fǎng)時(shí)指出，如何選取絕緣型和非絕緣型的照明驅動(dòng)電源，主要在于安全和大小的關(guān)系，要看市場(chǎng)需要�！暗俏覀冋J為絕緣型燈泡在今后將成為主流�！痹摴鞠嚓P(guān)負責人表示。 龍金節也認為隔離型將成為市場(chǎng)的主流。如果采用隔離驅動(dòng)，在電源初級側有問(wèn)題時(shí)次級側的光源不會(huì )受到傷害，也就是說(shuō)光源不會(huì )被破壞。隨著(zhù)人們對安規的重視越來(lái)越強，隔離驅動(dòng)市場(chǎng)前景看漲。 Doug Bailey持有不同意見(jiàn)。他認為，兩級架構適用于必須使用第二個(gè)恒流驅動(dòng)電路才能使PFC驅動(dòng)LED恒流的舊式驅動(dòng)器。這些設計已經(jīng)過(guò)時(shí)，不再具有成本效益，因此在大多數情況下都最好采用單級設計。 物理設計決定著(zhù)驅動(dòng)器是隔離式還是非隔離式。安全規則通常要求使用兩個(gè)獨立的隔離層。設計師可以選擇兩種物理隔離層，即塑料散光罩和玻璃護罩，并使用非隔離式電源。如果物理隔離成本太高、存在機械困難或者吸收太多光，就必須在電源中解決電氣隔離問(wèn)題。 Doug Bailey指出，隔離式電源通常要比同等功率水平的非隔離式電源大一些。照明燈設計師必須在他們所設計的每款產(chǎn)品中進(jìn)行大量的成本及設計優(yōu)化工作。 邢先鋒也表示，越簡(jiǎn)單的方案越有優(yōu)勢，所以單級框架一直是設計師們孜孜追求的方向。 “現在有很多實(shí)現‘離線(xiàn)性’LED電源的方法，而最好的方法取決于最終的應用�！盇llan Lin說(shuō)，“我們預見(jiàn)單級(無(wú)隔離及帶隔離)將主導取代型燈泡(E27, GU10, T8型燈)，對于這些產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，成本和解決方案的大小至關(guān)重要�！� 由于適用于不同的應用，是采用隔離的絕緣變壓器還是采用隔離的防護燈罩外殼，設計者在不同的角度考慮永遠會(huì )有不同的見(jiàn)解。通常，他們會(huì )從多方面去分析，例如成本與制造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規范的要求，等等。 Supertex公司認為這兩種架構將來(lái)都會(huì )得到普及。Peter B. Green也表示，在未來(lái)這兩種類(lèi)型的設計都將會(huì )繼續使用，因為每個(gè)設計分別滿(mǎn)足了不同的市場(chǎng)需求。 帶變壓器的驅動(dòng)成本較高，但也相應讓LED燈具變得更加實(shí)用，能夠滿(mǎn)足終端用戶(hù)偶然接觸LED的需要。當白熾燈玻璃外殼很容易被損壞時(shí)，一個(gè)E27型號的普通燈泡可被替換成為L(cháng)ED燈。此外，在工業(yè)區或者是辦公設備應用中的燈具并不需要接觸到終端用戶(hù)，如路燈和商場(chǎng)照明，這時(shí)的LED燈也確實(shí)需要隔離變壓器。 朱保賚表示，作為一個(gè)讓最終用戶(hù)能安全使用的產(chǎn)品，一定會(huì )考慮絕緣與隔離的可靠性。作為完整的產(chǎn)品，產(chǎn)品表面使用者能接觸到的部分一定要經(jīng)過(guò)隔離，不能讓人觸電。而從產(chǎn)品整個(gè)系統而言，隔離是不可避免的，區別只是設置隔離的位置不同。有些設計者采用隔離的變壓器設計，因此他們可以簡(jiǎn)化散熱和燈罩的設計。如果用非隔離的驅動(dòng)設計，在燈殼等結構上就必須考慮可靠的絕緣要求。因此作為電源驅動(dòng)，隔離與非隔離的方案一直都同時(shí)存在。 iWatt已經(jīng)推出的iW3610 iW3612系列IC，就已經(jīng)將傳統的兩級控制(PFC+PWM)整合在一個(gè)SO8的封裝內，既能提供恒流控制，也能兼容切相式調光器，還能改善功率因素。朱保賚說(shuō)，這種設計符合LED市場(chǎng)的主流要求。 本土制造商面臨成本壓力 如今，有大量的小型公司紛紛進(jìn)軍LED照明業(yè)務(wù)，市場(chǎng)價(jià)格因競爭而不斷下滑。如何在激烈的競爭下，保證設計的可靠性和品質(zhì)，而不僅僅提供最低成本解決方案，成為眾多本土OEM需要面臨的挑戰。 “在 LED等產(chǎn)業(yè)鏈中的每個(gè)人都要面臨的挑戰是每月減少燈的整體成本�！盌iodes LED照明業(yè)務(wù)部門(mén)總經(jīng)理Allan Lin表示，低成本BOM解決方案也擁有嚴格的LED電源功率因子和效率規格。中國LED驅動(dòng)電源制造商們可能面對的主要挑戰是找到低成本的AC/DC驅動(dòng)器，從而滿(mǎn)足在低成本電源系統中實(shí)現更嚴格的功率因子和效率表現。 未來(lái)，在空間受限且存在散熱困難的系統(比如LED燈具)中使用高質(zhì)量、高可靠性的電源，將不再免費。然而，在最終用戶(hù)使用過(guò)許多某款壽命在10,000小時(shí)左右的燈泡之前，要想證明其質(zhì)量高是相當困難的事情。 Power Integrations市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)副總裁Doug Bailey表示，如果借助在生產(chǎn)適用于嚴苛環(huán)境（比如家用電器和電表）的高質(zhì)量電源產(chǎn)品方面享有盛譽(yù)的驅動(dòng)控制器公司，事情就會(huì )簡(jiǎn)單很多。 LED 是一個(gè)全新的照明體系，LED驅動(dòng)需要和LED及其模組協(xié)調系統工作�！癓ED驅動(dòng)不是一個(gè)簡(jiǎn)單的電源問(wèn)題。它不僅要滿(mǎn)足LED PN結負載要求，也要系統考慮LED模組光、電結構設計”，邢先鋒指出，“目前LED驅動(dòng)制造商幾乎全是傳統電源廠(chǎng)商，缺乏系統方案、全方位考量�！� 來(lái)自IR的Peter B. Green則指出了產(chǎn)品質(zhì)量標準的問(wèn)題。為了在美國和歐洲市場(chǎng)銷(xiāo)售LED驅動(dòng)器，中國原始設備制造商們必須制造出設計精良的高可靠性產(chǎn)品，并且完全滿(mǎn)足 UL和“能源之星計劃”的要求。產(chǎn)品的使用壽命是至關(guān)重要的，因此，采用高質(zhì)量的元器件和生產(chǎn)質(zhì)量控制是至關(guān)重要的。同時(shí)，在保證高性能和可靠性的前提下，必須盡可能地降低成本。 延伸閱讀：基于變壓器的隔離型LED驅動(dòng)電源將是主流 作者：Scott M Brown，電源產(chǎn)品營(yíng)銷(xiāo)副總裁，Semtech公司 隔離和非隔離LED驅動(dòng)電源方案各有優(yōu)缺點(diǎn)。我們認為，Class II將是主流，因為它簡(jiǎn)化了LED散熱問(wèn)題。Class I或II系統依賴(lài)接地系統，在大多數情況下，跟安裝地點(diǎn)很有關(guān)系。Class II較常見(jiàn)，它要求雙級或加強型隔離，也即需要變壓器磁性繞組、絕緣帶和物理隔絕。Class I系統要求一個(gè)接地外殼和(或)機械障礙，而這時(shí)Class II系統不需要的。 目前有好幾個(gè)趨勢正在推動(dòng)LED照明市場(chǎng)的發(fā)展。首先是高亮度LED效率的不斷改善和非常高效率的高可靠性恒流LED驅動(dòng)電源的不斷涌現，其次是全球立法禁止白熾燈照明(由于其低效率)和CFL節能燈的逐步淡出(如果打破的話(huà)，它會(huì )流出對環(huán)境有害的水銀)。這些因素綜合起來(lái)正使得LED照明成為一個(gè)長(cháng)期的發(fā)展趨勢。當然，低系統成本(包括LED、熱管理系統和LED驅動(dòng)器)永遠是消費者廣泛采用LED通用照明的推動(dòng)力。 中國 LED驅動(dòng)電源制造商面臨的主要挑戰是遵守政府和行業(yè)能源標準，如效率、功率因子和與TRIAC調光器的兼容。與行業(yè)能源標準同樣重要的是質(zhì)量和長(cháng)期的可靠性，它們都是關(guān)鍵的成功要素，因為與傳統的照明解決方案相比，LED照明的宣傳重點(diǎn)是更長(cháng)的生命周期。這一優(yōu)勢只有當照明系統作為一個(gè)整體實(shí)現了長(cháng)期的可靠性才能做到，但情況并不完全是這樣。事實(shí)上，在很多LED照明產(chǎn)品中，失效是一個(gè)常見(jiàn)現象，大多數是因為電源的失效，而不是LED的失效。 在設計層面上，這意味著(zhù)OEM必須變成系統熱設計的專(zhuān)家。LED提供高效率，但它們也比白熾燈或節能燈產(chǎn)生更多的傳導熱量。由于許多LED照明應用封閉在一個(gè)很小的空間里，很難用通風(fēng)的辦法來(lái)散熱。如果沒(méi)有仔細的熱設計，LED和電源驅動(dòng)電路很容易因為高溫而退化或永久失效。 來(lái)源：ESMChina |
