LED
LED是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)半導(dǎo)體器件，它的半導(dǎo)體屬性可最大限度地突顯智能照明的優(yōu)勢(shì)，滿足消費(fèi)者對(duì)調(diào)光、調(diào)色、遠(yuǎn)程控制、可擴(kuò)展性等全方位的照明需求。由于LED燈的能源效率更高，因此，LED燈泡和燈圈擁有比傳統(tǒng)白熾燈更長(zhǎng)的壽命，這也是在市場(chǎng)上LED燈能夠迅速取代白熾燈和熒光燈光源的重要原因。2010年后，在政策支持和技術(shù)進(jìn)步的雙重加持下，LED照明產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展提速，行業(yè)應(yīng)用也呈現(xiàn)出高速成長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。
剛需的LED照明市場(chǎng)潛力巨大
從應(yīng)用場(chǎng)景看，家居照明、工業(yè)照明、戶外照明、辦公照明、店鋪零售照明、教育照明等是LED照明的主要應(yīng)用場(chǎng)景。
IHS數(shù)據(jù)顯示，2018年，家居照明的市場(chǎng)規(guī)模約為117.10億美元，占比22.07%，戶外照明和工業(yè)照明是第二大和第三大應(yīng)用領(lǐng)域，分別占比18.23%和17.85%。此外，辦公照明、店鋪零售照明及教育照明的規(guī)模占比在6.50%-10%之間。
預(yù)計(jì)未來(lái)一段時(shí)間家居照明仍將是LED照明最大的應(yīng)用場(chǎng)景，市場(chǎng)規(guī)模將在2025年達(dá)到312.45億美元，占比接近25%。教育照明則是增速最快的細(xì)分應(yīng)用類別，預(yù)計(jì)市場(chǎng)規(guī)模將由2018年的34.60億美元增加至2025年的108.16億美元，年復(fù)合增速達(dá)到17.68%。
圖1：全球LED照明應(yīng)用市場(chǎng)結(jié)構(gòu)分布，單位：百萬(wàn)美元（數(shù)據(jù)來(lái)源：IHS）
現(xiàn)在，LED照明產(chǎn)品已成為人們生產(chǎn)生活的必需品，在市場(chǎng)上屬于剛需產(chǎn)品。目前，中國(guó)是世界上最大的LED照明市場(chǎng)，2018年度占據(jù)了全球26.48%的市場(chǎng)規(guī)模。根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)計(jì)，2022年中國(guó)智能照明行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)431億元，年增長(zhǎng)率在23%左右，市場(chǎng)潛力巨大。
LED驅(qū)動(dòng)IC選型的關(guān)鍵七要素
在LED照明系統(tǒng)中，LED驅(qū)動(dòng)電源是影響性能的一個(gè)關(guān)鍵因素。LED驅(qū)動(dòng)電源主要有三大類：一是開關(guān)恒流源，二是線性IC電源，三是阻容降壓電源。
開關(guān)恒流源：通過(guò)變壓器將高壓轉(zhuǎn)換為低壓，然后進(jìn)行整流濾波，最終輸出穩(wěn)定的低壓直流電。開關(guān)恒流源技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，是市場(chǎng)上LED照明的主流驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品。
線性IC電源：采用一個(gè)IC或多個(gè)IC來(lái)分配電壓，不需要電解電容，元器件種類少，優(yōu)點(diǎn)是功率因數(shù)和電源效率高，且壽命長(zhǎng)、成本低。
阻容降壓電源：通過(guò)電容的充放電來(lái)提供驅(qū)動(dòng)電流，雖然這是最基本的LED驅(qū)動(dòng)電路，但在實(shí)際應(yīng)用中最不實(shí)用，尤其是在汽車應(yīng)用中，因汽車電池容易出現(xiàn)波動(dòng)，哪怕是電池電量的微小變化都會(huì)導(dǎo)致LED消耗更多電流，并可能損壞。
相較于傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品，LED照明產(chǎn)品不僅電光轉(zhuǎn)換效率高，使用壽命大幅超過(guò)白熾燈、節(jié)能燈等傳統(tǒng)照明產(chǎn)品，其應(yīng)用場(chǎng)景也較為豐富，一體化設(shè)計(jì)的LED燈具通常更容易與周邊環(huán)境融合，更符合目前消費(fèi)者日益多元化、時(shí)尚化、個(gè)性化的需求。LED驅(qū)動(dòng)IC是LED照明燈節(jié)能與長(zhǎng)壽命的關(guān)鍵因素，因此，正確選取LED驅(qū)動(dòng)IC很重要。
市場(chǎng)上的LED驅(qū)動(dòng)IC、LED燈具種類繁多，在選擇的過(guò)程中最應(yīng)該看重哪些參數(shù)和特性呢？
1.瓦數(shù)
所謂的瓦數(shù)實(shí)際上就是指電源的功率。如果在一個(gè)驅(qū)動(dòng)電源上連接多個(gè)LED燈，則必須算出所用的總功率，同時(shí)還要注意給自己留出20%的功率余量，并據(jù)此找到一個(gè)電源額定功率符合要求的LED驅(qū)動(dòng)IC。例如，我們有4個(gè)LED條，每個(gè)條大約12瓦，那么，系統(tǒng)的總瓦數(shù)應(yīng)該在48瓦左右，加上20%的余量，所需電源功率為48 x 1.2=57.6瓦。因此，一個(gè)≥60瓦的LED驅(qū)動(dòng)電源就足夠這個(gè)項(xiàng)目使用了。
2.電壓/電流
當(dāng)安裝一個(gè)LED設(shè)備或更換壞的電源時(shí)，驗(yàn)證輸出電壓是否與LED電壓兼容是很重要的。帶有內(nèi)置電流調(diào)節(jié)器的LED產(chǎn)品通常都會(huì)說(shuō)明應(yīng)該使用什么樣的輸入電壓。例如，LED柔性條大多使用12V電源。另一個(gè)常見的應(yīng)用是使用大功率LED和需要直流電壓輸入的恒流驅(qū)動(dòng)器。每個(gè)LED燈的電壓約為3.1伏，如果有6個(gè)LED燈，那么這個(gè)串聯(lián)電路中的總電壓就是18.6VDC，選擇LED驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，它的輸出至少要達(dá)到24VDC。
大多數(shù)LED需要一個(gè)限流裝置（無(wú)論是驅(qū)動(dòng)器還是電阻器）來(lái)防止LED被過(guò)度驅(qū)動(dòng)。這種恒流驅(qū)動(dòng)器或限流電阻器用于調(diào)節(jié)LED的電流，保持LED的安全運(yùn)行并延長(zhǎng)其使用壽命。因此，在選擇LED驅(qū)動(dòng)電源時(shí)還需查看一下是否內(nèi)置了限流裝置。
3.調(diào)光
如果我們使用的LED燈是可調(diào)光的，就必須選擇具有調(diào)光功能的電源。LED可調(diào)光驅(qū)動(dòng)電源主要有兩種控制類型：
一類是PWM調(diào)光：也稱為脈寬調(diào)制調(diào)光。普通照明用LED驅(qū)動(dòng)電源大多采用基于PWM控制器的反激式變換器電路拓?fù)洹WM調(diào)光器實(shí)際上以高頻脈沖調(diào)光，以改變?nèi)庋蹖?duì)光的感知，頻率越高，燈光越亮。由于從處理器到被控系統(tǒng)都是數(shù)字信號(hào)，因此PWM調(diào)光器的噪聲很小。
另一類是TRIAC調(diào)光（雙向晶閘管調(diào)光）：TRIAC是一種雙向半導(dǎo)體電源開關(guān)，由可變定時(shí)電路生成的脈沖觸發(fā)，并在傳導(dǎo)電流高于保持電流時(shí)維持導(dǎo)通。要想通過(guò)基于TRIAC調(diào)光器實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光，還須額外添加一些元器件達(dá)到穩(wěn)定的調(diào)光，并根據(jù)調(diào)光器相位角來(lái)調(diào)節(jié)輸出電流。
4.溫度
在選擇LED驅(qū)動(dòng)IC時(shí)，一個(gè)不容忽視的因素就是它的使用環(huán)境。如果在溫度參數(shù)范圍內(nèi)使用，LED驅(qū)動(dòng)電源的工作效率最高。因此，所選的LED驅(qū)動(dòng)IC必須工作在安全溫度范圍內(nèi)。
5.效率
電源的效率決定了LED發(fā)光的實(shí)際功率大小。電源的效率百分比越高，最終節(jié)省的電能就越多。對(duì)于LED照明來(lái)講，最好選擇效率為80%或更高的驅(qū)動(dòng)IC。
6.尺寸
LED項(xiàng)目選擇電源時(shí)，了解電源的安裝位置非常重要，足夠小的LED驅(qū)動(dòng)IC尺寸更能適應(yīng)各種項(xiàng)目應(yīng)用。
7.EMI特性
LED驅(qū)動(dòng)IC的抗EMI能力關(guān)系到整個(gè)LED燈具能否順利通過(guò)CE、UL等認(rèn)證，這一點(diǎn)也需要特別關(guān)注。
幾個(gè)實(shí)用的LED驅(qū)動(dòng)方案
伴隨著LED市場(chǎng)的發(fā)展，各家技術(shù)廠商也在持續(xù)推出適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景的LED驅(qū)動(dòng)解決方案，我們今天就為大家推薦幾款。
· 英飛凌數(shù)字控制LED驅(qū)動(dòng)方案
在智能照明產(chǎn)品中，電源驅(qū)動(dòng)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的壽命和穩(wěn)定性有很大影響。英飛凌數(shù)字控制LED驅(qū)動(dòng)方案帶有通信功能，其LED驅(qū)動(dòng)芯片XDPL8221具備諸多高級(jí)功能，可實(shí)現(xiàn)恒壓、恒流和恒功率控制，運(yùn)行參數(shù)可通過(guò)GUI配置，工程師們能便捷地設(shè)計(jì)多功能和高性能的LED驅(qū)動(dòng)器。
XDPL8221的效率高，該驅(qū)動(dòng)IC支持100VAC~277VAC或127VDC~430VDC的較寬輸入電壓范圍。芯片內(nèi)置的數(shù)字控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)輸入和負(fù)載情況，在準(zhǔn)諧振、不連續(xù)導(dǎo)通（DCM）或主動(dòng)突發(fā)模式（Active Burst Mode）之間進(jìn)行切換，以實(shí)現(xiàn)最佳的運(yùn)行模式。此外，XDPL8221可實(shí)現(xiàn)低至1%的無(wú)頻閃調(diào)光，同時(shí)對(duì)電流的調(diào)節(jié)仍能確保高精度。關(guān)燈后，系統(tǒng)處于小于100mW的較低待機(jī)功耗。XDPL8221通過(guò)UART接口提供LED驅(qū)動(dòng)的運(yùn)行狀態(tài)信息，是智能照明系統(tǒng)LED驅(qū)動(dòng)的理想選擇。
圖2：英飛凌數(shù)字控制LED驅(qū)動(dòng)芯片 (圖源：Infineon)
今年6月3日，OSRAM與英飛凌共同宣布，雙方通過(guò)合作把NFC編程與LED智能照明方案結(jié)合在一起，在OSRAM最新的OPTOTRONIC FIT產(chǎn)品中融入英飛凌具備PWM調(diào)光功能的NLM0011和NLM0010雙模NFC無(wú)線配置IC，賦予了LED燈具配置更多彈性。NFC編程是一項(xiàng)新興的技術(shù)，通過(guò)非接觸式NFC接口可取代耗時(shí)的電阻器設(shè)置技術(shù)。內(nèi)置的光衰補(bǔ)償（CLO）功能還能在燈具使用期間保持固定的流明輸出，從而延長(zhǎng)燈具使用壽命。
· Littelfuse帶PFC控制的高壓可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器
Littelfuse公司的IX9908是一款準(zhǔn)諧振控制器，專為相位可調(diào)光的離線LED應(yīng)用而優(yōu)化。
圖3：IX9908工作原理框圖（圖源：Littelfuse）
IX9908的工作范圍廣，電壓最高可達(dá)600V，且功耗很低。多重安全功能確保在故障情況下提供完整的系統(tǒng)保護(hù)。IX9908以其強(qiáng)大的功能集和低成本，成為了準(zhǔn)諧振反激式LED燈泡設(shè)計(jì)的理想選擇。IX9908還集成了一個(gè)高壓?jiǎn)?dòng)單元。在操作的通電階段，該電池提供恒定電流為VCC電容器（CVCC）充電。
· Texas Instruments高功率密度汽車LED驅(qū)動(dòng)器
Texas Instruments公司的TPS92520-Q1是一款單片雙路同步降壓LED驅(qū)動(dòng)器，具有4.5V至65V寬工作輸入電壓范圍，可獨(dú)立為兩串串聯(lián)的LED供電。該芯片具有自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間平均電流模式控制功能，經(jīng)設(shè)計(jì)可與分流FET調(diào)光技術(shù)和基于LED矩陣管理器的動(dòng)態(tài)光束前照燈兼容。
自適應(yīng)導(dǎo)通時(shí)間控制功能可提供近乎恒定的開關(guān)頻率，頻率設(shè)置范圍為100kHz至2.2MHz。電感器電流感應(yīng)和閉環(huán)反饋功能可在輸入、輸出和環(huán)境溫度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)±4%以上的精度。TPS92520-Q1可使用模擬調(diào)光或PWM調(diào)光技術(shù)來(lái)單獨(dú)調(diào)制LED電流。通過(guò)SPI對(duì)10位IADJ數(shù)值進(jìn)行編程可獲得高于20:1的線性模擬調(diào)光響應(yīng)。
圖4：TPS92520-Q1原理框圖（圖源：TI）
· 羅姆車載LED驅(qū)動(dòng)器
ROHM的BD18337EFV-M是一款4通道線性車載LED驅(qū)動(dòng)器，可通過(guò)1個(gè)引腳控制多個(gè)輸出的熱分散。這樣不僅可顯著減少部件數(shù)量和安裝面積，還非常有助于平臺(tái)化擴(kuò)展機(jī)型的汽車LED燈驅(qū)動(dòng)模塊電路板的通用化設(shè)計(jì)。此驅(qū)動(dòng)器可用于車后燈（剎車燈、尾燈）、霧燈、轉(zhuǎn)向燈、牌照燈、日間行車燈等汽車和摩托車領(lǐng)域的眾多LED燈驅(qū)動(dòng)。
此產(chǎn)品內(nèi)置LED開路檢測(cè)功能、OUTx（x=1~4）引腳輸出接地故障保護(hù)功能、過(guò)電壓靜音功能及熱關(guān)斷功能，可實(shí)現(xiàn)高可靠性。
圖5：BD18337EFV-M獨(dú)有的兩項(xiàng)新技術(shù)有助于大幅削減車載LED燈的占板面積和設(shè)計(jì)周期（圖源：ROHM）
結(jié)語(yǔ)
LED正迅速成為照明技術(shù)的首選，并將繼續(xù)取代熒光燈和白熾燈配件。根據(jù)Technavio的最新市場(chǎng)報(bào)告，2018年至2022年，全球LED市場(chǎng)規(guī)模將增長(zhǎng)239.8億美元。預(yù)計(jì)在此期間，市場(chǎng)增長(zhǎng)將以近16%的復(fù)合年增長(zhǎng)率加速，推動(dòng)全球LED照明市場(chǎng)增長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一是LED制造成本的下降。
隨著LED照明市場(chǎng)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的智能照明系統(tǒng)公司致力于提供以人為中心的照明解決方案。只有選擇一款合適的LED驅(qū)動(dòng)電源才能真正實(shí)現(xiàn)以人為中心的照明，屆時(shí)，人們可以在一天中調(diào)整光線的顏色和強(qiáng)度，從而創(chuàng)造一個(gè)晝夜節(jié)律友好的照明序列，從而改善情緒，提高個(gè)人生產(chǎn)力。 |
