可調(diào)光市電輸入LED通用照明解決方案

可調(diào)光市電輸入LED通用照明解決方案LED在電子系統(tǒng)中運用已經(jīng)有很多年了，主要用作電子設(shè)備的指示燈。最近在亮度和色調(diào)深度方面取得的重大進步，意味著LED現(xiàn)在可以用于更廣泛的應(yīng)用，從手機和多媒體播放機中的趣味照明，始終到取代商業(yè)和家庭照明應(yīng)用中的傳統(tǒng)光源。推動LED照明市場發(fā)展的關(guān)鍵推動力是高亮度LED和智能LED限制器的出現(xiàn)。采納高亮度LED的產(chǎn)品設(shè)計師面臨著很多設(shè)計挑戰(zhàn)，包括散熱管理、驅(qū)動方案、拓撲架構(gòu)和已有的基礎(chǔ)設(shè)施。要替代現(xiàn)有的可調(diào)光白熾燈或鹵素燈光源，必需實現(xiàn)這樣的一個電子燈驅(qū)動系統(tǒng)，它不僅可以與現(xiàn)有的調(diào)光開關(guān)一起工作，而且可復(fù)制現(xiàn)有光源的調(diào)光性能。NXP(恩智浦)SSL2101IC可以滿足上述性能要求，此外，它還是一種高效的電源轉(zhuǎn)換器。這是業(yè)內(nèi)第一款集成這些實力的IC，它使得高亮度LED燈/模塊設(shè)計師能夠以一種省成本和體積的方式集成電子電路，并從最佳熱權(quán)衡中獲益。LED特性LED須要一個與白熾燈或鹵素燈完全不同類型的驅(qū)動器。白熾燈表現(xiàn)為具備自穩(wěn)定特性的純電阻負載，LED則須要一個電流源。LED產(chǎn)生的光通量近似正比于流經(jīng)該器件的電流。LED的正向電壓隨電流增加而增加，但隨溫度的上升而削減。在這方面，LED表現(xiàn)得象二極管。不過，在工作期間LED的正向電壓（VF）是很大的。該電壓與電子轉(zhuǎn)化為光子時產(chǎn)生的能量（eV）相關(guān)，該能量又干脆相關(guān)于光的顏色。此外，不同生產(chǎn)批次之間的VF值可以相差很大。串行/并行配置在大多數(shù)用LED替代現(xiàn)有光源的應(yīng)用中，須要連接多個LED到驅(qū)動器上，因為單一的LED不能產(chǎn)生足夠的光通量。LED可以采納串行或并行連接。假如LED采納串行連接，LED鏈上的總電壓等于正向電壓的總和（全部LED上的電流相等）。假如LED并行連接，電流將安排到各支路中。不過，由于一個LED的正向電壓會隨著溫度上升而下降，因此這一配置本質(zhì)上是不穩(wěn)定的。隨著溫度的上升，越來越多的電流將流到具有更低正向電壓的支路上去，這些支路將變得更亮，而那些具有更高正向電壓的支路將變得更暗。不過，采納并聯(lián)配置（或串并聯(lián)組合）的一個緣由是，它允許大量的LED以一個平安的電源電壓結(jié)合在一起，而假如要采納串行連接來達到相同的亮度，你可能須要一個高得令人無法接受的電壓。并行配置還供應(yīng)了冗余優(yōu)勢。假如一個串行連接的LED鏈上一個LED或連接出現(xiàn)問題，那么將導(dǎo)致斷路，整條鏈上的全部LED都將不發(fā)光。但如采納并聯(lián)配置的話，這狀況將不行能發(fā)生。采納并聯(lián)配置時，建議每條支路都增加電流調(diào)整機制，以防止熱失控和電流或光的不相等?？偠灾斴敵龊洼斎腚妷翰钭钚r，電源轉(zhuǎn)換器的效率最高。當采納市電輸入的LED驅(qū)動器時，允許產(chǎn)生更高的輸出電壓，從而允許串行連接更多的LED。市電調(diào)光標準工業(yè)和家用調(diào)光器設(shè)計用于白熾燈。一些較先進的型號可與連接到鹵素燈的變壓器一起運用。目前特地針對LED負載的市電調(diào)光器仍舊很罕見。購買和安裝一個新的專用調(diào)光器的成本可以很簡潔就超過光源本身。因此一個可與現(xiàn)有調(diào)光基礎(chǔ)設(shè)施一起工作的LED照明系統(tǒng)(如基于恩智浦SSL2101構(gòu)建的系統(tǒng))，將打開這個具有浩大潛力和空間市場的大門。由于現(xiàn)有的調(diào)光器被設(shè)計用于白熾燈（近似電阻負載，功率大多在20W和50W之間），因此須要一些額外的電路才能允許它們用于LED照明系統(tǒng)。目前市場上還沒有白熾燈調(diào)光器標準，因此目前市場上有大量不同性能和參數(shù)值的市電調(diào)光器。SSL2101是一個采納SO16封裝的多芯片模組(MCM)。它包含一個高效率的電源轉(zhuǎn)換器和內(nèi)部電路來實現(xiàn)市電調(diào)光兼容性。與現(xiàn)有解決方案相比，它具有以下優(yōu)點：·集成電源開關(guān)。這可減小元器件成本，并確保最優(yōu)的驅(qū)動和開關(guān)愛護?！す戎禉z測。這一特性可降低轉(zhuǎn)換器損失，因為開關(guān)可在最佳的時間點閉合?！ぜ蒪leeder開關(guān)和比較器，這可削減元器件數(shù)量和尺寸。·智能bleeder操作。SSL2101可檢測到何時不須要bleeder操作(如LED鏈供應(yīng)足夠的負載)，這可削減功耗和增加系統(tǒng)效率。·增加的散熱引腳設(shè)計。這可增加SSL2101的壽命，并允許它在更高的環(huán)境溫度下正常工作。對于替代解決方案，電子器件在更高溫度下的壽命可以是一個關(guān)鍵的參數(shù)?！せ谡伎毡群娃D(zhuǎn)換器開關(guān)頻率的調(diào)光。這允許設(shè)計師有更大的自由度去定義參數(shù)值。這使得設(shè)計師可以通過調(diào)整限制調(diào)光系統(tǒng)的參數(shù)，實現(xiàn)更精確的低亮度調(diào)光，以及消退音頻變壓器噪聲?！?shù)調(diào)光校正。這使得LED的調(diào)光行為可以與白熾燈或鹵素燈一模一樣?！?nèi)建的過熱愛護、過流愛護、短路檢測和最大占空比限制。這些特性確保了SSL2101的高牢靠性，即便在極端工作條件下也是一樣。LED照明和太陽能充電的技術(shù)挑戰(zhàn)及解決方案作為一種既環(huán)保又節(jié)能的解決方案，LED照明在汽車、家庭、辦公樓、酒店、機場和路燈等廣泛的應(yīng)用場合找到了自己的用武之地。但它的大規(guī)模商用除了還要克服成本障礙以外，還須要解決調(diào)光閃耀、散熱、色調(diào)勻稱性等技術(shù)難題。此外，對清潔能源的關(guān)注和太陽能電池板成本的下降，也帶動了當前業(yè)內(nèi)的太陽能商用熱潮。為了幫助讀者更快更好地把握這一商機，本刊特殊邀請到了Linear電源專家TonyArmstrong來共享他的獨到見解。

Linear電源專家TonyArmstrong問：采納PWM或模擬調(diào)光時，如何消退LED的光閃耀現(xiàn)象？答：面對高功率、高亮度LED普及率的日益提高，電子照明設(shè)計師必需供應(yīng)高效、精確和簡潔的LED驅(qū)動解決方案。由于高功率照明燈(如汽車前照燈或大型LCD顯示器背光源)實現(xiàn)了與商用化串聯(lián)LED陣列的互換性，因而使得此項任務(wù)變得更加困難。傳統(tǒng)上，利用精確的電流來驅(qū)動高功率LED串與實現(xiàn)簡潔性和高效率這兩者之間是相抵觸的，通常須要采納某種效率低下的線性穩(wěn)壓器方案或更加精細困難的多IC開關(guān)穩(wěn)壓器配置。此外，確保每個LED具有勻稱的亮度且不產(chǎn)生任何閃耀也成為了主要的設(shè)計障礙。人們普遍接受的LED亮度限制方法有兩種，即模擬調(diào)光和PWM數(shù)字調(diào)光。當采納模擬調(diào)光時，LED電流的調(diào)整范圍在某個最大值至該最大值的約10%之間(10:1調(diào)光范圍)。由于LED的色譜與電流有關(guān)，因此這種方法并不適合于某些應(yīng)用。然而，PWM數(shù)字調(diào)光方式則是以某種快至足以掩蓋視覺閃耀的速率(通常高于100kHz)在零電流和最大LED電流之間進行切換。該占空比變更了有效平均電流，從而實現(xiàn)了高達3000:1的調(diào)光范圍(僅受限于最小占空比)。由于LED電流要么處于最大值，要么被關(guān)斷，所以該方法還具有能夠避開發(fā)生LED色偏的優(yōu)點，而在采納模擬調(diào)光時這種LED色偏現(xiàn)象是很常見的。問：大功率LED照明的散熱問題應(yīng)當如何解決？答：兩種用量最大、功率最高的LED照明應(yīng)用是大屏幕LCDTV顯示器的背面照明和汽車前照燈。您不妨看看Lexus(雷克薩斯)、Audi(奧迪)、甚至GM(通用)公司的CadillacEscalade所運用的標準LED汽車前照燈。全部這些汽車的總體照明結(jié)構(gòu)均很相像。每個汽車前照燈包括5種專為各種照明要求而優(yōu)化的LED供電光束，包括：近光燈、遠光燈、轉(zhuǎn)彎協(xié)助燈、晝間行駛燈和轉(zhuǎn)向信號指示燈。標準LED照明光束通常將須要35W至50W的供電功率。這或許看似不是很多的功率；然而，LED供應(yīng)的亮度卻達到了HID鹵素燈的10倍，因此LED的光輸出就相當于500W的鹵素燈。遠光燈所需的功率一般與標準照明光束相同或略為高一點，而轉(zhuǎn)彎協(xié)助燈、晝間行駛燈和轉(zhuǎn)向信號指示燈所需的功率則較低。不過，該總體汽車前照燈會消耗200W以上的電能，因而有可能產(chǎn)生重大的熱功率耗散問題。這的確不是什么好事，因為隨著工作溫度的上升，LED的光輸出和工作壽命將快速降低。處理該散熱問題方法有很多種。一種是增加大量的散熱器以把熱量從照明燈移走。然而，這會產(chǎn)生另一組問題，包括因為散熱材料的運用而導(dǎo)致的成本和重量的增加。解決這一問題最有效的方法是采納一個具極高效率的驅(qū)動器(效率>93%)來最大限度地削減LED驅(qū)動電路的熱耗散。這并不像聽起來那么困難，緣由是一個50W的遠光燈通?？捎?4個串聯(lián)的1ALED組成。由于整個溫度范圍內(nèi)的正向電壓降約為每個LED4V，因此升壓轉(zhuǎn)換器LED驅(qū)動器拓撲結(jié)構(gòu)能夠以93%的效率將12V的標稱電池電壓提升至剛好超過56V。這使得僅需耗散3.5W的功率，對于該功率耗散值，在安裝了LED汽車前照燈的印刷電路板內(nèi)布設(shè)低等級的銅散熱器便可輕松地滿足要求。問：用太陽能電池板采集來的電能對蓄電池進行充電時，關(guān)鍵的設(shè)計挑戰(zhàn)有哪些？答：作為在商業(yè)和住宅環(huán)境中均具好用性的一種發(fā)電方法而言，太陽能電池板已經(jīng)被人們所廣泛接受。然而，盡管在技術(shù)方面取得了進步，太陽能電池板的造價仍舊很昂貴。這種昂揚的成本有很大部分來自于電池板本身，這里，電池板的尺寸(因而也包括其成本)將隨著所需輸出功率的增加而增加。因此，為了造就外形尺寸最小、成本效益性最佳的解決方案，最大限度地提升電池板性能是很重要的。一般而言，太陽能電池板所獲得的能量用于給電池充電，電池的儲能反過來將在沒有陽光照耀的狀況下為終端應(yīng)用電路的操作供應(yīng)支持。如欲實現(xiàn)太陽能電池充電器的最佳設(shè)計，則必需對太陽能電池板的特性有所了解。首先，由于具有很大的結(jié)合區(qū)，因此太陽能電池板會發(fā)生泄漏，在黑暗條件下電池將通過電池板放電。而且，每塊太陽能電池板都擁有一個具最大功率點的特征IV曲線，所以，當負載特性與電池板特性不相匹配時，能量提取將有所削減。志向的狀況是：電池板將在最大功率點上被持續(xù)加載，以充分地利用可用的太陽能，并由此最大限度地縮減電池板成本。一般狀況下，可以采納一個與電池板相串聯(lián)的肖特基二極管來解決電池板的泄漏問題。反向泄漏被減小至一個很低的數(shù)值；然而，肖特基二極管的正向電壓降(它在高電流條件下會消耗大量的功率)仍舊會造成能量損失。因此，須要采納昂貴的散熱器和精細的布局來把肖特基二極管保持于低溫狀態(tài)。解決該功率耗散問題的一種更加有效方法是用一個基于MOSFET的志向二極管來替代肖特基二極管。這將把正向電壓降減小到低至20mV，從而顯著地削減功耗，同時降低散熱布局的困難性、外形尺寸和成本。幸運的是，由于已經(jīng)有一些IC供應(yīng)商制造出了具有這種規(guī)格的志向二極管(比如：由凌力爾特公司供應(yīng)的LTC4412)，因此上述目標得以輕松實現(xiàn)。不過，有兩個問題依舊存在，即：“至滿充電電池的浮動電壓限制”和“在最佳發(fā)電點給電池板加載”。這些問題常常可以通過采納一個開關(guān)模式充電器和一個高效率降壓型穩(wěn)壓器來加以解決。凌力爾特已經(jīng)開發(fā)出了這樣一款電路，它由LTC1625NoRESNSE(無檢測電阻器)同步降壓型限制器、LTC1541微功率運算放大器、比較器和基準、以及LTC4412志向二極管組成。下面給出了該電路以供參考：圖1中的電路被置于太陽能電池板和電池之間，用于調(diào)整電池浮動電壓?；贚TC1541的附加限制環(huán)路強制充電器在最大電池板功率點上運作。這種效率的提升縮減了所需的電池板尺寸，因而降低了總體解決方案的成本。當電池板峰值電源電壓和電池電壓之間存在失配時，這款電路的重要優(yōu)點表現(xiàn)得尤為突出。

圖1：峰值功率跟蹤降壓充電器最大限度地提高了效率點擊下載清晰大圖問：Linear供應(yīng)了哪些獨特的解決方案來解決以上設(shè)計挑戰(zhàn)？答：為了滿足LED驅(qū)動以及太陽能電池板電池充電器的設(shè)計須要，凌力爾特供應(yīng)了各種各樣的產(chǎn)品。LT3595、LT3518和LT3755便是其中一些產(chǎn)品。此類產(chǎn)品和LED驅(qū)動器IC的一個實例是凌力爾特的LT3595降壓模式LED驅(qū)動器，它具有16個單獨的通道，每個通道能夠從高達45V的輸入來驅(qū)動一個由多達10個50mALED所組成的LED串。每個通道可用于驅(qū)動10個串聯(lián)LED以供應(yīng)局部調(diào)光。于是，每個LT3595都能夠驅(qū)動多達160個50mA白光LED。一臺46英寸LCDTV將須要為每部HDTV配用約10個LT3595。它的16個通道均可以獨立限制，并具有一個能夠供應(yīng)高達5000:1PWM調(diào)光比的單獨PWM輸入。每個通道只須要一個纖巧的片式電感器和一個甚至更加小巧的陶瓷輸出電容器。所需的其他元件僅為單個輸入電容器和電流設(shè)定電阻器(圖2)。全部16個通道的箝位二極管、電源開關(guān)和具補償功能的限制邏輯電路都被壓縮在LT3595的相對較小56引腳、5mmx9mmQFN封裝之內(nèi)。

圖2：一個從45V輸入來驅(qū)動160個白光LED的16通道LED驅(qū)動器。PWM調(diào)光比為5000:1。大多數(shù)電池供電型便攜式產(chǎn)品均具有一個或多個顯示屏，用于向用戶傳遞圖形信息。然而，TFT-LCD顯示屏(甚至OLED屏)的供電須要系統(tǒng)設(shè)計師賜予特殊的關(guān)注。為了實現(xiàn)TFT-LCD屏的正確供電，一個DC/DC轉(zhuǎn)換器必須要能夠以正確上電和斷電排序來供應(yīng)三個獨立的輸出電壓，即：AVDD、VON和VOFF。凌力爾特相識到了這一點，并開發(fā)出了特地針對該用途的專用單片式DC/DC轉(zhuǎn)換器。最新推出的一款器件是我們的LT3513。該轉(zhuǎn)換器具有5個獨立受控的穩(wěn)壓器，用于供應(yīng)一個TFT-LCD屏內(nèi)部全部必要的電源軌。其降壓型穩(wěn)壓器能夠為邏輯電源軌輸送高達1.2A的連續(xù)輸出電流。可以利用LDO限制器和一個外部NPNMOSFET產(chǎn)生一個較低電壓協(xié)助邏輯電源。一個高功率升壓型轉(zhuǎn)換器(ISW=1.5A)、一個較低功率升壓型轉(zhuǎn)換器(ISW=250mA)和一個負輸出轉(zhuǎn)換器(ISW=250mA)供應(yīng)了三個獨立的輸出電壓，即：LCD屏通常須要的AVDD、VON和VOFF。一個集成高壓側(cè)PNP供應(yīng)了VON信號的延遲接通，而顯示屏愛護電路則將在4個輸出中的任一個低于其編程輸出電壓達10%以上時停用VON，從而起到愛護TFT-LCD屏的作用。其他特點包括集成肖特基二極管、用于AVDD引腳的PGOOD引腳、輸出斷接以及用于降壓型穩(wěn)壓器的電感器電流檢測功能。LT3755/-1是一款60V、高壓側(cè)電流檢測DC/DC限制器，專為從一個4.5V至40V的輸入電壓范圍來驅(qū)動高電流LED而設(shè)計。LT3756/-1采納了相同的設(shè)計，但可以從6V至100V的輸入來供應(yīng)至100V的輸出。這兩款器件的“-1”版本均具備外部同步實力，而標準器件版本則用一個開路LED狀態(tài)指示器替代了該引腳的功能。這兩款器件都特別適合于眾多的應(yīng)用，包括汽車、工業(yè)和建筑照明。對于那些須要高于40V輸入電壓(比如：48V電源軌)的應(yīng)用，LT3756/-1將是優(yōu)選的解決方案。LT3755/-1和LT3756/-1均采納一個外部N溝道MOSFET，并能夠從一個12V(標稱值)輸入來驅(qū)動多達14個1A白光LED，從而供應(yīng)了50W以上的功率。它們內(nèi)置了一個高壓側(cè)電流檢測電路，因而使其能夠在升壓、降壓、降壓-升壓或SEPIC和反激式拓撲結(jié)構(gòu)中運用。LT3755/-1和LT3756/-1在升壓模式中能供應(yīng)超過94%的效率，從而免除了任何增設(shè)外部散熱裝置的須要。一個頻率調(diào)整引腳允許用戶在100kHz至1MHz的范圍內(nèi)設(shè)置頻率，因而優(yōu)化了效率，并最大限度地縮減了外部元件的尺寸和成本。再加上所采納3mm×3mmQFN封裝或耐熱性能增加型MSOP-16E封裝，LT3755/-1和LT3756/-1供應(yīng)了一款特別緊湊的高功率LED驅(qū)動器解決方案。LT3755/-1和LT3756/-1均采納了TrueColorPWM調(diào)光，這種調(diào)光方式供應(yīng)了恒定的LED彩色和高達3000:1的調(diào)光范圍。對于不太苛刻的調(diào)光要求，可采納CTRL引腳來供應(yīng)一個10:1的模擬調(diào)光范圍。其固定頻率、電流模式架構(gòu)在一個很寬的電源電壓和輸出電壓范圍內(nèi)實現(xiàn)了穩(wěn)定的操作性能。一個參考于地電壓的FB引腳用作多個LED愛護功能電路的輸入，從而使轉(zhuǎn)換器能夠起一個恒定電壓源的作用。受訪人：TonyArmstrong

產(chǎn)品市場總監(jiān)

電源產(chǎn)品部

凌力爾特公司NXP15W以下市電輸入LED通用照明解決方案NXP開發(fā)的SSL152x系列器件是一個開關(guān)模式電源（SMPS）限制器IC，可干脆接受整流后的通用溝通電壓輸入。它采納高壓EZ-HVSOI工藝和低壓BiCMOS工藝實現(xiàn)。該系列器件包含一個高壓電源開關(guān)和一個干脆接受整流溝通電壓的啟動電路。該器件內(nèi)建了一個特地的谷值開關(guān)電路，它使得系統(tǒng)設(shè)計師有可能實現(xiàn)一個特別高效率的超薄固態(tài)照明應(yīng)用。SSL152x可以實現(xiàn)功率高達15W的LED照明應(yīng)用。對于LED輸出功率范圍介于15W和25W的應(yīng)用，SSL1623PH是最佳選擇。而當LED輸出功率大于25W時，可以運用SSL1750。在最基本的應(yīng)用中，SSL152x系列器件用作一個電壓源。在這里，不須要系統(tǒng)設(shè)計師具備任何額外的協(xié)助電子學學問。它使得可以采納最低成本的外部元件來實現(xiàn)一個融合的電壓和電流源。SSL152x系列器件的實現(xiàn)為市電輸入LED驅(qū)動器供應(yīng)了一個高效率和低成本的電源系統(tǒng)。SSL152x系列器件的主要特性包括：·集成的電源開關(guān)：SSL1522T（12，650V）和SSL1523P（6.5，650V）·專為高達15W輸出功率的通用溝通輸入LED照明應(yīng)用而設(shè)計·干脆通用溝通電源驅(qū)動（80V到276V）·可調(diào)整開關(guān)頻率允許實現(xiàn)更敏捷的設(shè)計·谷值開關(guān)可以實現(xiàn)最小的導(dǎo)通損失·在低功率輸出時通過降低開關(guān)頻率實現(xiàn)低待機功耗（小于100mW）·可調(diào)整過流愛護、欠壓愛護、過溫愛護和短路愛護·易于實現(xiàn)帶初級反饋和次級反饋（光耦合）的簡潔應(yīng)用·供應(yīng)DIP8和SO14兩種封裝該系列器件的主要目標應(yīng)用包括：1）干脆替代白熾燈泡的LED燈泡；2）LED鎮(zhèn)流器；3）通道字符照明；4）商業(yè)照明，如壁櫥或冰箱照明；5）景觀輪廓照明；6）其他照明應(yīng)用。自動調(diào)光LED手電筒電路設(shè)計由于光輸出效率高和壽命長，高亮度LED特別適合用在手電筒中。典型的LED采納恒流驅(qū)動，因此當電池電壓下降時，手電筒將停止工作。在某些狀況下，這可能特別危急。假如在電池電壓下降的狀況下LED手電筒能自動調(diào)暗，那就好用了。就像傳統(tǒng)的手電筒一樣，用發(fā)光亮度調(diào)暗來指示低電池電壓工作狀態(tài)，并能持續(xù)更長時間的發(fā)光。一般來說，白光LED的正向電壓時3V至5V。因此，假如輸入電壓低于3V，可采納升壓轉(zhuǎn)換器驅(qū)動LED。圖1電路給出了由電池供電、具有自動調(diào)光功能的升壓轉(zhuǎn)換器電路。L6920D是一個高效率的升壓限制器，僅需很少的外部元件就能將電池電壓轉(zhuǎn)換到指定的輸出電壓或電流。該器件的靜態(tài)電流僅為10uA。該器件還包含帶120-m?P-channelMOSFET的內(nèi)部同步整流器，可取代傳統(tǒng)的升壓二極管，提高效率。在這個電路中，LED電流ILED是電池電壓VFB的函數(shù)。當電池電壓下降時，LED電流下降，這樣電池可以持續(xù)更長時間，手電筒可以供應(yīng)調(diào)光特性。假設(shè)VFB=1.23V(由L6920D確定),則：假如R5>>R4，則R5||R4≈R4，于是有：最終得到：圖2是依據(jù)圖1電路中的電阻值計算得到的LED電流曲線。對恒定LED手電筒和自動調(diào)光LED手電筒進行了對比，兩者都采納兩節(jié)AAA電池供電，運行時間分別為50和90分鐘。自動調(diào)光LED的電池運用時間幾乎增加了一倍，并在電池電壓下降時供應(yīng)了警告。

圖1：利用高效率升壓限制器設(shè)計的自動調(diào)光LED手電筒電路。

圖2：依據(jù)圖1電路的電阻值計算得到的LED電流曲線。作者：JianwenShao

應(yīng)用工程師

意法半導(dǎo)體公司LED照明設(shè)計須要留意的技術(shù)細微環(huán)節(jié)LED照明燈具在近期得到飛躍的發(fā)展，LED作為綠色環(huán)保的清潔光源得到廣泛的認可。LED光源運用壽命長、節(jié)能省電、應(yīng)用簡潔便利、運用成本低，因而在家庭照明都將得到海量的應(yīng)用，歐司朗光學半導(dǎo)體公司2008年調(diào)查統(tǒng)計，全球每年家庭照明燈座出貨量約為500億個。LED光源的技術(shù)日趨成熟，每瓦發(fā)光流明快速增長，促使其逐年遞減降價。以1WLED光源為例，2008年春的價格已是2006年春的價格三分之一，2009年春將降至2006年的四分之一。LED綠色燈具的海量市場和持續(xù)穩(wěn)定數(shù)年增長需求將是集成電路行業(yè)繼VCD、DVD、手機、MP3之后的消費電子市場的超級海嘯！LED燈具的高節(jié)能、長壽命、利環(huán)保的優(yōu)越性能獲得普遍的公認。LED高節(jié)能：直流驅(qū)動，超低功耗(單管0.03瓦-1瓦)電光功率轉(zhuǎn)換接近100%，相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上。LED長壽命：LED光源被稱為長壽燈。固體冷光源，環(huán)氧樹脂封裝，燈體內(nèi)也沒有松動的部分，不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰快等缺點，運用壽命可達5萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上。LED利環(huán)保：LED是一種綠色光源，環(huán)保效益更佳。光譜中沒有紫外線和紅外線，熱量低和無頻閃，無輻射，而且廢棄物可回收，沒有污染不含汞元素，冷光源，可以平安觸摸，屬于典型的綠色照明光源。LED光源工作特點照明用LED光源的VF電壓都很低，一般，IF在15-1400mA；因此LED驅(qū)動IC的輸出電壓是VFXN或VFX1,IF恒流在15-1400mA。LED燈具運用的LED光源有小功率(IF=15-20mA)和大功率(IF>200mA))二種，小功率LED多用來做LED日光燈、裝飾燈、格柵燈；大功率LED用來做家庭照明燈、射燈、水底燈、洗墻燈、路燈、隧道燈、汽車工作燈等。功率LED光源是低電壓、大電流驅(qū)動的器件，其發(fā)光的強度由流過LED的電流大小確定，電流過強會引起LED光的衰減，電流過弱會影響LED的發(fā)光強度，因此，LED的驅(qū)動須要供應(yīng)恒流電源，以保證大功率LED運用的平安性，同時達到志向的發(fā)光強度。在LED照明領(lǐng)域，要體現(xiàn)出節(jié)能和長壽命的特點，選擇好LED驅(qū)動IC至關(guān)重要，沒有好的驅(qū)動IC的匹配，LED照明的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。LED燈具對低壓驅(qū)動芯片的要求：

1.驅(qū)動芯片的標稱輸入電壓范圍應(yīng)當滿足DC8-40V，以覆蓋應(yīng)用面的須要，耐壓如能大于45V更好；AC12V或24V輸入時簡潔的橋式整流器輸出電壓會隨電網(wǎng)電壓波動，特殊是電壓偏高時輸出直流電壓也會偏高，驅(qū)動IC如不能適應(yīng)寬電壓范圍，往往在電網(wǎng)電壓上升時會被擊穿，LED光源也因此被燒毀。

2.驅(qū)動芯片的標稱輸出電流要求大于，作為照明用的LED光源，1W功率的LED光源其標稱工作電流為350mA，3W功率的LED光源其標稱工作電流為700mA，功率大的須要更大的電流，因此LED照明燈具選用的驅(qū)動IC必需有足夠的電流輸出，設(shè)計產(chǎn)品時必需使驅(qū)動IC工作在滿負輸出的70-90%的最佳工作區(qū)域。運用滿負輸出電流的驅(qū)動IC在燈具狹小空間散熱不暢，簡潔疲憊和早期失效。

3.驅(qū)動芯片的輸出電流必需許久恒定，LED光源才能穩(wěn)定發(fā)光，亮度不會閃耀；同一批驅(qū)動芯片在同等條件下運用，其輸出電流大小要盡可能一樣，也就是離散性要小，這樣在大批量自動化生產(chǎn)線上生產(chǎn)才能有效和有序；對于輸出電流有確定離散性的驅(qū)動芯片必選在出廠或投入生產(chǎn)線前分檔，調(diào)整PCB板上電流設(shè)定電阻(Rs)的阻值大小，使之生產(chǎn)的LED燈具恒流驅(qū)動板對同類LED光源的發(fā)光亮度一樣，保持最終產(chǎn)品的一樣性。

4.驅(qū)動芯片的封裝應(yīng)有利于驅(qū)動芯片管芯的快速散熱，如將管芯(Die)干脆綁定在銅板上，并有一Pin干脆延長到封裝外，便于干脆焊接在PCB板的銅箔上快速導(dǎo)熱(圖1)。如在一個類似4X4mm的硅片管芯上，要長時間通過300-1000mA的電流，必定有功耗，必定會發(fā)熱，芯片本身的物理散熱結(jié)構(gòu)也是至關(guān)重要的。

5.驅(qū)動芯片本身的抗EMI、噪音、耐高壓的實力也關(guān)系到整個LED燈具產(chǎn)品能否順當通過CE、UL等認證，因此驅(qū)動芯片本身在設(shè)計伊始就要選用優(yōu)秀的拓樸結(jié)構(gòu)和高壓的生產(chǎn)工藝。

6.驅(qū)動芯片自身功耗要求小于0.5W，開關(guān)工作頻率要求大于120Hz，以免工頻干擾而產(chǎn)生可見閃耀。LED綠色照明促使驅(qū)動芯片向創(chuàng)新設(shè)計發(fā)展，LED燈具照明是離不開驅(qū)動芯片的，因此須要多種功能的LED光源驅(qū)動IC。LED燈具選用36V以下的溝通電源可以考慮非隔離供電，如選用220V和100V的溝通電源應(yīng)考慮隔離供電。干脆運用AC100-220V的驅(qū)動芯片，因應(yīng)用體積苛求，在技術(shù)上還有更高的要求、更大的難度，目前各國都在努力開發(fā)中。LED燈具的海量需求市場給全部集成電路設(shè)計公司再次勝利的機會，快速轉(zhuǎn)型、早出產(chǎn)品，贏的機會多多。作者：顏重光、高工

華潤矽威科技(上海)有限公司LED照明系統(tǒng)設(shè)計指南完全版本文具體探討LED照明系統(tǒng)設(shè)計的六個設(shè)計步驟：(1)確定照明需求；(2)確定設(shè)計目標估計光學；(3)熱和電氣系統(tǒng)的效率；(4)計算須要的LED數(shù)量；(5)對全部的設(shè)計可能都予以考慮，從中選擇最佳設(shè)計；(6)完成最終步驟。雖然本文以一個室內(nèi)照明設(shè)計為例，但所述的設(shè)計過程可以用于任何LED照明設(shè)計中。現(xiàn)在的照明應(yīng)用LED，具有一般照明所需的亮度、效率、運用壽命、色溫以及白點穩(wěn)定性。因此，絕大多數(shù)一般照明應(yīng)用設(shè)計中都采納這類LED，包括路面、停車區(qū)以及室內(nèi)方向照明。在這些應(yīng)用中，由于無需維護(因為LED的運用壽命比傳統(tǒng)燈泡的要長得多)且能耗降低，所以基于LED的照明降低了總體擁有成本(TCO)。全世界有200億以上的燈具運用白熾、鹵素或熒光燈。其中很多燈具用作方向照明，但都是采納在全部方向發(fā)光的燈。美國能源部(DOE)稱，在新住宅建筑里，嵌頂燈是安裝最普遍的照明燈。此外，DOE報告稱，采納非反射燈的嵌頂燈一般效率只有50%，就是說，這類燈所產(chǎn)生光的一半都奢侈到燈具內(nèi)了。相反，照明級LED具有至少50,000小時的高效、方向性照明。利用照明級LED的全部優(yōu)點設(shè)計的室內(nèi)照明有以下優(yōu)點：1功效超過全部白熾燈和鹵素燈具

2能與甚至最好的CFL(緊湊熒光)嵌頂燈的性能相媲美

3與這些燈具相比，須要修理前的壽命要長5到50倍

4降低光對環(huán)境的影響：不含汞、電站污染小、垃圾處理費用低。照明還是燈？在一般照明中設(shè)計LED須要在兩種方法間作出選擇，是設(shè)計基于LED的完整的照明，還是設(shè)計安裝到已有燈具上的基于LED的燈。一般來說，一個完整的照明設(shè)計，其光學、熱和電氣性能要好于式樣翻新的燈，因為現(xiàn)有燈具不會約束設(shè)計。對目標應(yīng)用，究竟是新照明的總體系統(tǒng)性能重要還是式樣翻新的燈的便利性更重要，這要由設(shè)計師來確定。針對已有照明的設(shè)計方法假如目標應(yīng)用采納構(gòu)造新型LED照明更好，那么就設(shè)計照明的光輸出，使其相當于或者超過現(xiàn)有照明匹配具有多種優(yōu)點。首先，現(xiàn)有設(shè)計已經(jīng)針對目標應(yīng)用進行了優(yōu)化，可以在圍繞有關(guān)光輸出、成本和工作環(huán)境而確定設(shè)計目標時供應(yīng)指導(dǎo)。其次，現(xiàn)有設(shè)計的外形尺寸已經(jīng)得到認可。假如外形尺寸相同，終端用戶轉(zhuǎn)換成LED照明更簡潔一些。缺憾的是，有些LED照明制造商錯誤報告或者夸大了LED照明的效率和運用壽命特性。在CFL替換燈泡的早期的數(shù)年，照明業(yè)也遇到了類似問題。行業(yè)標準的缺乏，以及早期產(chǎn)品質(zhì)量的巨大差異將CFL技術(shù)的采納推遲了很多年。美國能源部意識到了早期LED照明也可能存在相同的標準和質(zhì)量問題，并且這些問題可能以類似的方式延遲了LED照明的運用。作為應(yīng)對措施，美國能源部發(fā)起了“DOESSL商用產(chǎn)品測試安排(CPTP)”，對LED照明制造商聲稱的指標進行測試。該安排以匿名方式測試LED照明的下列4個特性：照明光輸出(流明)、照明效率(流明每瓦)、相關(guān)色溫(開氏度)、顯色指數(shù)。DOE的CPTP將關(guān)注點放在了照明可用光輸出上，而不僅僅是照明的光輸出上，這為LED照明設(shè)計設(shè)定了一個很好的先例。燈的概念可能過時了LED光的運用壽命很長，這就可能使燈的概念變得過時了。照明級LED不會像電燈泡那樣出現(xiàn)災(zāi)難性失效。相反，照明級LED在漸漸退化到其最初光輸出通量(也稱作流明維持)的70%之前，具有至少5萬小時的運用壽命，也就是說連續(xù)點亮5.7年！不過，在大多數(shù)照明環(huán)境下，燈有規(guī)律地熄滅。這一熄滅期足足可以將LED的運用壽命延長到30年以上，如曲線1所示。過了這么多年之后，LED照明將“燒盡”，而那時LED照明技術(shù)下的照明將更亮、效率更高，與老式LED照明相比很可能要節(jié)約TCO。不要遺忘：LED照明的這5萬小時運用壽命避開了多少對環(huán)境的影響。送往填埋場的白熾燈泡至少要少25倍,并且能源消耗量要少5倍。(美國約50%的能源來自燃煤，而燃煤會給空氣中釋放汞)?；蛘撸屯幚淼暮疌燈泡至少削減5倍。如前面提到的，不用維護是LED照明的一個重要優(yōu)點。因此，設(shè)計LED照明，使其運用壽命最長并節(jié)約TCO是一個應(yīng)對LED照明原始成本高這一障礙的極佳策略。表1列出了設(shè)計大功率LED照明的一般步驟。本文的其余部分依次探討這些設(shè)計步驟。為了更好地說明這些設(shè)計概念，本文給出了一個LED照明取代23WCFL嵌頂燈的計算例子。不僅對本例，對全部類型照明，本設(shè)計步驟都可重復(fù)運用。步驟一：確定照明需求LED照明必需滿足或超過目標應(yīng)用的照明要求。因此，在建立設(shè)計目標之前就必需確定照明要求。對于某些應(yīng)用，存在現(xiàn)成的照明標準，可以干脆確定要求。對其它應(yīng)用，確定現(xiàn)有照明的特性是一個好方法。表2列出了確定現(xiàn)有照明特性時要考慮的主要特性。光輸出和功率特性始終很關(guān)鍵，而依據(jù)應(yīng)用的不同，其它特性可能重要，也可能不重要。全部照明公司都可以供應(yīng)數(shù)據(jù)文件或文檔，具體給出其各種燈具的關(guān)鍵特性?！皾撛陉P(guān)鍵”的特性要更主觀一些，或者在制造商文檔里沒有列出。在這種狀況下，由設(shè)計師確定現(xiàn)有照明的特性。圖1說明白例中CFL嵌頂燈的關(guān)鍵特性。表3給出了現(xiàn)有照明的全部特性。步驟二：確定設(shè)計目標照明要求確定好了之后，就可以確定LED照明的設(shè)計目標了。與定義照明要求時一樣，關(guān)鍵設(shè)計目標與光輸出和功耗有關(guān)。確保包含了對目標應(yīng)用也可能重要的其它設(shè)計目標，包括工作環(huán)境、材料清單(BOM)成本和運用壽命。表4以LED照明為例列出的設(shè)計目標。步驟三：估計光學系統(tǒng)、熱系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)的效率設(shè)計過程中最重要的參數(shù)之一是，須要多少個LED才能滿足設(shè)計目標。其他的設(shè)計決策都是圍繞LED數(shù)量綻開，因為LED數(shù)量干脆影響光輸出、功耗以及照明成本。查看LED數(shù)據(jù)手冊列出的典型光通量，用該數(shù)除設(shè)計目標流明，這種方法很迷人。然而，此方法太簡化了，依此設(shè)計將滿足不了應(yīng)用的照明要求。LED的光通量依靠于多種因素，包括驅(qū)動電流和結(jié)溫。要精確計算所須要的數(shù)量，必需首先估計光學、熱和電氣系統(tǒng)的無效率。以前原型機設(shè)計的個人閱歷，或者本文供應(yīng)的例子數(shù)量，都可以作為指南來估計這些損失。本節(jié)對估計這些系統(tǒng)損失的過程進行簡述。光學系統(tǒng)效率通過考察光損失估計光學系統(tǒng)的功效。要估計的兩種主要的光損失源為：1.次級光學器件次級光學器件是不屬于LED本身的全部光學系統(tǒng)，如LED上的透鏡或擴散片。與次級光學器件相關(guān)的損失依據(jù)運用的特定元件的不同而變更。通過各次級光元件的典型光學效率在85%和90%之間。2．燈具內(nèi)的光損失當光線在到達目標物之前，打到燈具罩上時，就產(chǎn)生了燈具光損失。某些光被燈具罩汲取，有些則反射回燈具。固定物的效率由照明的布局、燈具殼的形態(tài)及燈具罩的材料確定。如圖2所示，LED光具有方向性，可達到的效率比全方向照明可能達到的要高得多。對示例中的照明，假如照明須要次級光學器件，則只存在次級光損失。次級光學器件的主要目的是變更LED的光輸出圖像。曲線2將CreeXLampXR-ELED的光束角度與目標燈具的光輸出圖像進行了比較。裸LED的光束角度與目標燈具的特別相像，所以不須要次級光學器件。因此，對本示例照明，不存在次級光學器件引起的光損失。要計算本CFL示例的燈具損失，我們假定燈具反射杯的反射率為85%，60%的光將打到反射杯上。因此，光學效率為：熱損失LED的相對通量輸出隨著結(jié)溫的上升而降低。大多數(shù)LED數(shù)據(jù)手冊都列出了25℃下的典型光通量值，而大多數(shù)LED應(yīng)用都采納較高的結(jié)溫。當結(jié)溫Tj>25℃時，光通量確定比LED數(shù)據(jù)手冊給出的值差。LED數(shù)據(jù)手冊中有一個曲線，給出了相對光輸出與結(jié)溫的關(guān)系，例如如曲線3所示的XLampXR-E白色LED。該曲線通過選擇特定相對光輸出或者特定結(jié)溫，給出了其它特性值。對本CFL示例，其照明只是為屋頂通風的商業(yè)建筑設(shè)計的。本設(shè)計基于所列的設(shè)計目標，對光輸出、功效和運用壽命的優(yōu)先次序進行了劃分。XLampXR-ELED額定為5萬小時后供應(yīng)平均70%的流明維持率，結(jié)溫保持在80℃或以下。因此，CFL示例的最高合適結(jié)溫為80℃。對應(yīng)的最小相對光通量為85%，如曲線3所示。這一85%相對光通量是對本例照明熱功效估計的值。電氣損失LED驅(qū)動電子設(shè)備將可用功率源(如墻體插座溝通電或電池)轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的電流源。這一過程與全部電源一樣，效率不會達到100%。驅(qū)動器中的電氣損失降低了總體照明效能，因為把輸入功率奢侈在發(fā)熱上了，而沒有用在發(fā)光上。在起先設(shè)計LED系統(tǒng)時，就應(yīng)考慮到電氣損失。典型LED驅(qū)動器的效率在80%到90%之間。效率高于90%的驅(qū)動器的成本要高得多。要留意，驅(qū)動器效率可能隨輸出負載而變更，如曲線4所示。應(yīng)指定驅(qū)動器工作在大于50%輸出負載下，以使效率最大，并使成本最低。曲線4示例的LED驅(qū)動器效率與負載的關(guān)系對于室內(nèi)應(yīng)用，驅(qū)動器效率87%的估值很好。室外用或特別長的運用壽命的驅(qū)動器，效率可能要低一些。表5概括了示例照明的光、熱和電氣系統(tǒng)的效率。步驟四：計算須要的LED數(shù)量實際須要的流明量全部系統(tǒng)效率估算好之后，就可計算要達到設(shè)計目標須要的實際LED流明數(shù)。對本計算，只運用光效率(光學和熱)。電氣效率只影響總功耗和燈具效能，而不影響照明的光輸出量。示例照明“須要的實際流明”的計算如下：所需的實際流明=目標流明/(光學效率×熱效率)=810/(91%×85%)=1,050lm工作電流另一個須要確定的是LED的工作電流。工作電流在確定LED照明的效能和運用壽命時很重要。增加工作電流，則各LED的光輸出會變大，因而削減了所需的LED數(shù)量。不過，增加工作電流同時也帶來多個缺點，如表6所示。依據(jù)應(yīng)用的不同，考慮到每個LED流明輸出值更高，這些缺點或許可以接受。對示例照明，運用壽命和功效是最應(yīng)優(yōu)先考慮的設(shè)計目標，本照明以XLampXR-E數(shù)據(jù)手冊所列的最小工作電流(350mA)工作，以最大限度提高LED功效并延長運用壽命。LED數(shù)量工作電流確定之后，就可以計算各LED的流明輸出數(shù)了。由于LED的熱損失已經(jīng)在實際須要的流明數(shù)計算中考慮到了，故LED供應(yīng)商文檔給出的數(shù)量可以干脆運用。對本計算，運用LED訂單代碼所列的最小通量，而不是運用數(shù)據(jù)手冊給出的典型數(shù)量。大多數(shù)LED公司依據(jù)最小通量范圍銷售。依據(jù)此最小數(shù)來設(shè)計，就可以確保用該LED訂單代碼制作的全部照明都能滿足目標要求。本例中的照明運用4000KCCT的XLampXR-ELED，350mA時的最小光通量為67.2(P2fluxbin)。LED的數(shù)量計算如下。LED的數(shù)量=實際所需的流明數(shù)/每個LED的流明數(shù)＝1,050lm/67.2lm=16個LED步驟五：考慮全部設(shè)計可能并選擇最佳設(shè)計LED數(shù)計算好之后，考慮滿足設(shè)計目標的全部設(shè)計可能。由于每個LED都是一個小照明，比傳統(tǒng)照明的運用壽命要長很多，因此LED可以與新型和特別規(guī)設(shè)計元件一起集成到照明中。設(shè)計師可以充分利用LED光的方向性和大量可用的次級光學器件來構(gòu)造原始設(shè)計，。同時不要遺忘，有很多不同規(guī)則限制著設(shè)計的選擇。要給出適用LED照明的完整的世界標準列表超出了本文的范圍，不過，下面的表7給出了世界某些地域運用的規(guī)則的例子。本節(jié)的其余部分對本示例LED照明的各系統(tǒng)(光學、熱和電器)的3個選項進行說明。對每個系統(tǒng)，給出了最佳選項的選擇指南。光學系統(tǒng)選項1．裸LED和現(xiàn)有燈反射器如前面所述，現(xiàn)有CFL燈具的角度和LED的角度特別相像，因此，可選則不運用次級光學器件。本選項可使成本最低，并且系統(tǒng)光損失最小。運用的元件較少，人力也較少，這樣使照明安裝更簡潔并且費用更低。缺點是會出現(xiàn)多照明陰影效應(yīng)，下面將對此予以說明。另外，假如LED的光分布與目標照明的光分布差異很大，就不能采納此方法。2．帶有次級光學器件的LED和現(xiàn)有燈反射器次級光學器件是除LED初級光學器件外附加的光學元件，用于對LED的光輸出進行整形。一般的次級光學器件類型為反射(光從某個表面反射回)，或者折射(光通過折射材料彎曲，折射材料通常為玻璃或塑料)。次級光學器件可以通過購買標準件、現(xiàn)成的零件或用照明模型通過光線跟蹤模擬來設(shè)計定制。每個LED運用一個次級光學器件，各LED的光束角度就可以定制，從而得到所需的精確光圖像輸出。例如，可以縮小各LED的光束角度，為點照明優(yōu)化照明，而不是為一般照明優(yōu)化。這種方法有幾個缺點。首先，因為增加了元件并且裝配較困難,所以照明的成本較高。其次，由于光學器件連接到各LED上，可能仍舊存在多照明陰影。最終，次級光學器件會降低光學系統(tǒng)的功效。3．裸LED，現(xiàn)有的燈反射器和漫射器不是每個LED都運用一個光學器件，整個LED陣列可以運用一個漫射器來傳播光。這種方法的優(yōu)點是光束角度比裸LED能達到的光束角度寬，并且消退了多照明陰影效應(yīng)。選項2的缺點是成本較高，并且光學系統(tǒng)的功效低。由于漫射器只能發(fā)散光，不能聚集，所以，假如光分布必需窄于裸LED的分布，則不能選擇這種方法。光照度分布、多源陰影效應(yīng)和美觀度通常確定了光學系統(tǒng)的選擇。假如光輸出必需比裸LED的光輸出窄，就只能選擇選項2。否則，選項1在成本、功效和亮度上要更好。不過，選項1和2都有多源陰影效應(yīng)。另外，用戶查看選項1和2時，會發(fā)覺單個的LED，而運用選項3的用戶只能望見一個發(fā)散而勻稱的照明。多源陰影效應(yīng)多源陰影效應(yīng)是當物體位于多個照明之間時，表面出現(xiàn)多個陰影的現(xiàn)象。大多數(shù)人都見過安裝在浴室水池上方的多個燈泡，會留意到后面墻壁上有多個自己的影子，這就是多源陰影效應(yīng)。布局很近的LED將產(chǎn)生多個相互接近的陰影。在目標應(yīng)用中，這些接近的陰影的出現(xiàn)可能不受歡迎。設(shè)計師要確定，對目標應(yīng)用，多陰影效應(yīng)的重要性有多大，增加滿射器以減小此效應(yīng)而帶來的額外光學損失是否值得。熱系統(tǒng)選項1．現(xiàn)有燈具罩最低成本選項是將現(xiàn)有設(shè)計的燈具罩作為LED照明的罩和散熱片來重新運用。新照明設(shè)計明顯不能選擇這一選項。另外，多數(shù)現(xiàn)有罩都是鋼制的，熱導(dǎo)性差。一般來說，選擇鋼罩不利于散熱。2．現(xiàn)成的散熱片另一個選項是購買現(xiàn)成的散熱片。這種現(xiàn)成的散熱片設(shè)計經(jīng)過驗證，制造商有完整的技術(shù)指標。不過，其性能、尺寸和形態(tài)可能沒有面對目標應(yīng)用而優(yōu)化。3．定制散熱片定制方案為應(yīng)用供應(yīng)了優(yōu)化散熱片的最佳機會，但有幾個缺點。這一選項須要設(shè)計師能利用熱仿真軟件，或者由有熱設(shè)計閱歷的第三方來幫助。加工和制造費用可能使定制散熱片的單位成本高于現(xiàn)成設(shè)計的成本。目標照明的成本、可用的散熱片開發(fā)時間以及目標最高環(huán)境溫度常常確定了熱系統(tǒng)的選擇。一般來說，在降低成本比最高環(huán)境溫度更重要的狀況下,選項2更好。在最高環(huán)境溫度更重要的狀況下,選項3更優(yōu)(如室外照明或條件不好的室內(nèi)照明)。例子中的LED照明運用熱阻為0.47℃/W萬的現(xiàn)成散熱片。運用這一散熱片熱阻值，最高環(huán)境溫度可以用下式計算：Tj=Ta+(Rthb-a×Ptotal)+(Rthj-sp×PLED)其中，Tj為LED結(jié)溫，Ta為環(huán)境溫度，Rthb-a為散熱片的熱阻，PLED為單個LED的功耗，PLED=工作電流×該工作電流下的典型Vf，Ptotal=總功耗=LED數(shù)×PLED，Rthj-sp=LED封裝熱阻。示例中的照明的值為：Tj,MAX=80℃

Rthb-a=0.47℃/W

PLED=0.35A×3.3V=1.155W

Ptotal=16×1.155W=18.48W

Rthj-sp=8℃/WTaMAX=TjMAX-(Rthb-a×Ptotal)-(Rthj-sp×PLED)

=80℃-(0.47℃/W×18.48W)-(8℃/W×1.155W)

=80℃-8.6856℃-9.24℃

=62℃對本室內(nèi)應(yīng)用，例中照明的最高環(huán)境溫度62℃可以接受。對須要最高環(huán)境溫度更高的工作環(huán)境，既可以提高最大結(jié)溫(可能影響運用壽命)，也可以改進熱系統(tǒng)(Rthb-a)(例如選擇更好的散熱片)。電氣系統(tǒng)選項1．現(xiàn)成的LED驅(qū)動器由于現(xiàn)成LED驅(qū)動器已經(jīng)可以運用了，并且有參考電路設(shè)計，所以，運用現(xiàn)成的LED驅(qū)動器將使設(shè)計時間最快。對全部零件都進行電磁干擾(EMI)和安規(guī)測試，并且一般來說，批量狀況下每單位的成本最低。缺點是現(xiàn)有LED驅(qū)動器效率通常在80%中間范圍。依據(jù)銷售商和應(yīng)用的不同，運用壽命和工作溫度也可能是個問題。2．下一代LED驅(qū)動器隨著LED照明的漸漸普及，更多的半導(dǎo)體公司都在將留意力轉(zhuǎn)向優(yōu)化LED設(shè)計。也可選擇與一家這樣的公司就下一代LED驅(qū)動器開發(fā)進行合作，這樣效率更高，并且能獲得管理部門的完全認可。不過，等待產(chǎn)品開發(fā)可能推遲LED照明的開發(fā)。另外，小一些的公司可能無法找到驅(qū)動器公司來一起開發(fā)未上市的產(chǎn)品。3．定制設(shè)計對于熱設(shè)計，可以選擇完全定制電氣系統(tǒng)?？赡鼙冗\用現(xiàn)成零件達到的效率高，但有很多潛在缺點。開發(fā)和認證批準由設(shè)計師擔當。即使在開發(fā)之后，每單位成本也可能高于現(xiàn)有方案。另外，不要遺忘，在LED照明開發(fā)期間，驅(qū)動器公司會始終開發(fā)效率更高且更廉價的驅(qū)動器。可以利用的開發(fā)資源和目標效率通常確定了電氣系統(tǒng)的選擇。在目前的大功率LED環(huán)境下，總照明效率的提高受LED本身的影響比受驅(qū)動器的影響要大。盡快完成產(chǎn)品可能比試圖等電氣設(shè)計更完備后要有利。步驟六：最終步驟表8具體給出了構(gòu)建和評估原型照明的最終步驟，一旦作出設(shè)計確定，可依據(jù)該步驟來完成。從哪里得到幫助整個LED照明設(shè)計步驟是確定性的。表9供應(yīng)了可以幫助得到最終設(shè)計的Cree目前的合作伙伴的聯(lián)系方法。點擊此處下載全文(PDF)本文來自Cree公司高功率LED照明設(shè)計師應(yīng)清晰的5或許念高功率LED通常指1W以上的LED，是目前市場上炙手可熱的技術(shù)。自該項技術(shù)誕生以來，高功率LED以其用途廣、功能全的優(yōu)勢引起了照明行業(yè)及世界各地消費人群的廣泛關(guān)注。高功率LED是照明技術(shù)發(fā)展的一次重大突破，在能效、節(jié)約成本及照明方面均有無可比擬的優(yōu)勢。高功率LED每瓦的亮度可達80流明(注：一般的白熾燈亮度為15流明/瓦，節(jié)能燈為70流明/瓦)，為節(jié)能供應(yīng)了無限可能。此外，高功率LED的壽命是傳統(tǒng)白熾燈燈泡的10-15倍，比節(jié)能燈壽命長3-10倍。事實上，除此之外，LED技術(shù)的耐用性大大節(jié)約了照明修理開支。LED比其它照明有更好的設(shè)計敏捷性。LED系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，并且可以搭配運用傳感器或其它照明限制器如調(diào)光器、日光限制裝置，以及顏色動態(tài)調(diào)整器。

律美公司(Lumex)高功率技術(shù)經(jīng)理BrianCoates隨著各地區(qū)、國家和城市機關(guān)為從傳統(tǒng)的白熾燈照明轉(zhuǎn)向更新的科技鋪平了道路，高功率LED將在將來幾年更為流行。世界各國(包括歐盟成員國如日本、澳大利亞、巴西及加拿大)將在2012年嚴令禁止運用白熾燈泡。在美國，一些市已起先在交通信號和街燈中運用LED技術(shù)。隨著美國各州法律(如加利福尼亞州法律第24條)規(guī)定在建筑內(nèi)運用節(jié)能照明的實施，信任美國將來幾年由LED裝置取代傳統(tǒng)照明設(shè)備的速度會加倍。雖然運用了LED技術(shù)的照明設(shè)備與傳統(tǒng)節(jié)能燈均能起到節(jié)能的效果，但LED照明設(shè)備還具有環(huán)保功能。節(jié)能燈內(nèi)含有導(dǎo)致環(huán)境污染的汞元素。目前，超過二十多個美國的州已經(jīng)立法，限制運用含汞燈。如今，我們站在以高功率LED為引導(dǎo)的照明新紀元尖端。然而，好玩的是，我們對這項技術(shù)還存在一些廣泛誤會。為了使這項發(fā)展中的技術(shù)融入將來的科技產(chǎn)品更有力、更有效，設(shè)計工程師須要正確了解高功率LED的性能以及設(shè)計集成的各方面狀況。以下是高功率LED照明設(shè)計師常常搞糊涂的5或許念，試試你對高功率LED有多少相識。概念1：高功率LED耗能高錯。高功率LED技術(shù)的一個關(guān)鍵好處是低耗能。雖然高功率LED比標準LED耗能高，但是，調(diào)查中的一些比較值表明，高功率LED是市場上耗能最低的。一個一般LED燈耗能為75-15mW，而一個高功率LED耗能在1W到10W之間(無需規(guī)定上限，10W是目前標準大小的上限，可與一個有很多組件的成品裝置相比)。當與一個40W的低功率家用燈泡和一個60W的標準熒光燈相比時，這些算是低耗能值。某些狀況下，60W白熾燈的耗能相當于一個15W節(jié)能燈的耗能，而節(jié)能燈的能耗更接近高功率LED。然而，LED不含汞、壽命長的特性，使之成為低耗能光源的首選。為了應(yīng)對高功率LED耗能高這種普遍的謬見，行業(yè)的很多小組已經(jīng)起先把高功率LED稱作是高亮度(HB)LED了。概念2：對于顯色性是關(guān)鍵的家用電器，不宜選擇高功率LED取代白熾燈因為白色高功率LED特殊的熒光粉藍色芯片裝置會使顏色表現(xiàn)不協(xié)調(diào)。錯。顯色程度是從1到100，而100與可見光譜上太陽光剛好一樣。當顯色指數(shù)(CRI)等級下降到低于80時，燈光下的顏色會與物體真實的顏色不符。探討表明，從物體真實顏色的角度來看，顏色搭配比燈光亮度更為重要。人的肉眼對顏色搭配的微妙變更不像對燈光亮度的變更那樣敏感。這使得顯色性變得極為重要，特殊是在實際應(yīng)用上——如冰箱食物照明、服裝更衣室照明或是對顏色感知度要求極高的展覽館油畫照明。現(xiàn)在白色和彩色高功率LED都不斷供應(yīng)高顯色分值。這并不總是始終這樣，而是由于近期科技突破所致。第一款白色LED是由帶有熒光粉的藍色銦鎵(InGaN)LED芯片制成。直到約三年前，白色高功率LED的顏色由于表現(xiàn)力不足，已不能適應(yīng)實際須要?！袄洹惫馔ǔＳ糜谘b置應(yīng)用、辦公場所或人行道，但是熒光粉無法表現(xiàn)出令人滿足的“暖”白光，而廚房和臥房照明都須要這種“暖”白光，以此營造一種溫馨的氛圍。特殊是過去兩年，科技進步使冷暖色調(diào)一樣的白色熒光粉LED照明成為可能。熒光粉的進步和大批量生產(chǎn)閱歷的積累使自動化系統(tǒng)的產(chǎn)生成為可能。這種自動化系統(tǒng)可以自動分類測量冷暖白色LED燈的輻射波譜。然而，過去的LED僅限于“白色”或“非白色”兩種選擇，但是如今一些制造商可以把白色分成50種不同的“色調(diào)”。LED顯色性的進一步發(fā)展可能源于三原色(RGB)LED的進步。RGBLED的特點是把紅、綠、藍三種顏色的芯片封裝在一起。這些芯片可用于產(chǎn)生白光或其它顏色的光。RGB技術(shù)在近幾年已取得重大進步。在此之前，RGB技術(shù)力求達到顏色穩(wěn)定性，特殊是具有波長和轉(zhuǎn)換溫度強度功能的LED紅色芯片的顏色穩(wěn)定性。新一代RGBLED限制器挑戰(zhàn)了此項技術(shù)，通過降額使顯色一樣并調(diào)制脈寬。2008年，高功率RGBLED——如Lumex的AstraLED上市。高功率RGBLED極其適用于種類繁多、且須要強光及低耗能裝置的應(yīng)用。優(yōu)良的CRI分值通常大于90。大多節(jié)能燈泡的發(fā)光率在75-90之間，而白熾燈則達到了100。LED的發(fā)光率可達90甚至更高，這是六年前LED技術(shù)剛起步時不行企及的目標。CRI系統(tǒng)不能很好地轉(zhuǎn)化成RGBLED。但是假如閱讀下白色LED和RGBLED轉(zhuǎn)換的熒光粉光譜，就會發(fā)覺發(fā)出的光譜中有多少可用光。存在光的波長越多，就越簡潔獲得真正的白光，這是很直觀的想法。除了可供應(yīng)絕佳的顯色性外，高功率RGBLED還有其它的關(guān)鍵優(yōu)勢。比起單獨運用高功率紅、綠、藍包裝，將紅、綠、藍芯片封裝在一起可節(jié)約30%的費用和67%不動產(chǎn)開支。另外，排序和儲存過程可簡化為單一零件號，從而取代原先的三個迥然不同的零件。概念3：高功率LED的一個優(yōu)點是觸手不燙錯。高功率LED的確會發(fā)出熱量。由固態(tài)核心散發(fā)的熱量不能以紅外線的形式散發(fā)，須要從LED裝置散熱。在創(chuàng)建LED系統(tǒng)時熱處理是須要考慮的一個重要因素。LED系統(tǒng)所需的熱處理類型依設(shè)備的不同而不同。1W高功率LED系統(tǒng)可通過額外加銅的特殊PCB(印制電路板)來去熱。更大功率的LED系統(tǒng)將須要熱下沉技術(shù)來除熱。熱處理的成本在增加，那么問題是對于通常比較便宜的不采納LED的技術(shù)如何仍舊能選用高功率LED。首先，經(jīng)過適當熱處理的HPLED的運用壽命比市面上其它產(chǎn)品更長。這幾乎不受振動和打擊的影響。有很寬的操作溫度范圍，可以供應(yīng)微調(diào)輸出量和色調(diào)，這是其它一般照明根本無法供應(yīng)的。同時其內(nèi)在壽命比當前非LED技術(shù)的壽命要長。全部這些因素都節(jié)約了成本，從而極大降低了熱處理所需的投資。概念4：現(xiàn)在頂級LED供應(yīng)商都供應(yīng)定制的高功率LED解決方案對。近年來不僅高功率LED技術(shù)取得進展，而且由LED供應(yīng)商供應(yīng)的服務(wù)也發(fā)展快速。真正優(yōu)秀的LED供應(yīng)商不僅供應(yīng)的產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)越，而且供應(yīng)的服務(wù)也有深度。優(yōu)秀的LED供應(yīng)商會有把LED技術(shù)應(yīng)用到更廣袤的照明系統(tǒng)中專家般的洞察力。優(yōu)秀的LED供應(yīng)商應(yīng)當具備光學、熱學和電子系統(tǒng)方面的專業(yè)學問，以便幫助你在特定應(yīng)用方面找到最好的LED解決方案。推斷供應(yīng)商供應(yīng)技術(shù)支持質(zhì)量好壞的一種方法，就是在初次與其交往時多加留意。優(yōu)秀的供應(yīng)商應(yīng)當會問及廣泛的問題，比如你正在創(chuàng)建的系統(tǒng)，以便確認他們鑒定的技術(shù)與你的實際需求是否基本匹配。他們可能會問你關(guān)于設(shè)計方面或是環(huán)保和性能先決條件的問題。供應(yīng)商不僅會告知你哪種LED更符合你的實際需求，而且會供應(yīng)關(guān)于如何把這項技術(shù)與其它的系統(tǒng)部件如鏡頭、印制電路板、線束以及在“即插即用模板”里的配電盤裝置技術(shù)相整合的信息。概念5：高功率LED主要用于一般照明錯。在很多發(fā)達國家一般照明大約占到電費的20%，對高功率LED的關(guān)注已經(jīng)集中到一般照明的應(yīng)用上來，這不足為怪。城市每年堅持在削減能源、修理保養(yǎng)以及更換成本方面，都盡量節(jié)約開支，都靠轉(zhuǎn)用高功率LED技術(shù)，例如應(yīng)用在交通信號燈、路燈、停車場結(jié)構(gòu)照明等方面。然而高功率LED技術(shù)新的應(yīng)用在不斷涌現(xiàn)，而其中很多應(yīng)用很快受到大眾歡迎。一些較受歡迎的應(yīng)用包括：汽車–方向燈、前燈、汽車儀表盤的逆光照明、地圖燈、頂部照明、連續(xù)照明、車牌照明、裝飾用重點照明以及信號燈照明；家用電器–電冰箱、廚具、洗劑器和烘干器以及冷藏柜照明；背光燈–消費類電子產(chǎn)品，例如電腦上面的公司標識；通信設(shè)備–服務(wù)器、網(wǎng)間連接器、網(wǎng)絡(luò)集線器、手機基地臺；消費類電子產(chǎn)品–液晶監(jiān)視器或液晶電視；醫(yī)療器材–傳感系統(tǒng)、診斷設(shè)備、小工具設(shè)備以及數(shù)字天平和監(jiān)視器；平安照明–聚光燈、威懾照明、訪問限制照明、室內(nèi)外照相機；指示牌–超大屏幕、緊急出口照明、大型廣告牌、裝潢類或建筑類照明；軍事–武器系統(tǒng)安裝照明、潛水艇、空中目標識別器。將來數(shù)年里一些激烈人心的高功率LED的應(yīng)用將會融合傳感器，例如，進入車道或是接近雜貨店的冰箱時，照明系統(tǒng)就會開啟。紅外線LED技術(shù)也是一個快速發(fā)展的領(lǐng)域，包括了諸如夜間城市作戰(zhàn)照明、遠距離(大于2500英尺)放射器和測定器以及超高速農(nóng)業(yè)分選設(shè)備等創(chuàng)新性應(yīng)用。將來有希望看到高性能IRLED在家用電器之間、車輛和家居之間推動通信的功能，而且變更我們運用夜視系統(tǒng)的方式。作者簡歷寇茲(Coates)先生是Lumex公司高功率技術(shù)經(jīng)理，也是LED和LCD技術(shù)的領(lǐng)軍人物。在光電子領(lǐng)域工作的十年里，他參加了行業(yè)領(lǐng)先品牌LED和LCD設(shè)計，內(nèi)容涉及小至家電大至航空領(lǐng)域，專攻高功率LED照明?？芷澫壬斜币晾Z伊高校電子工程學位，郵箱地址是。Lumex是一家ITW公司，是光電應(yīng)用元件、設(shè)備和顯示器的領(lǐng)軍設(shè)計商和制造商。他們的產(chǎn)品廣泛用于人機界面，有時也用于檢測儀、短程信號和光纖通信。Lumex公司生產(chǎn)成千上萬最先進的高效率光電子元件、設(shè)備及顯示器，主要目標在南美、亞洲和歐洲特定應(yīng)用市場和特定顧客市場。該公司的總部設(shè)在臺灣新竹縣東鎮(zhèn)和伊利諾州帕拉丁市，營運中心設(shè)在德國法蘭克福旁邊。生產(chǎn)設(shè)備放在伊利諾州、臺灣和中國大陸，其分銷商分布在北美、歐洲和環(huán)太平洋地區(qū)。自1980年成立以來，Lumex已經(jīng)成為一家專業(yè)從事供應(yīng)應(yīng)用方案的全球性公司——而生產(chǎn)效率通常只與大量運營模式有關(guān)。Lumex在1996年首先通過ISO9001認證。要了解更多狀況或須要工程救濟，請訪問：。作者：BrianCoates高功率技術(shù)經(jīng)理律美公司(Lumex)PI實現(xiàn)能效高達92%、最大功率150W的LED路燈電源設(shè)計PowerIntegrations公司發(fā)布一份新的工程報告(DER-212)，介紹一款能效高達92%的LED路燈應(yīng)用電源的設(shè)計方法。該設(shè)計利用PowerIntegrations的HiperPLC電源限制器設(shè)計而成；HiperPLC將功率因數(shù)校正(PFC)和諧振(LLC)限制功能同時集成到了單個集成到電路中，因此可實現(xiàn)簡潔且極具成本效益的電路設(shè)計。新設(shè)計將于LEDExpoKorea（韓國國際展覽中心Kintex；5月20-23日）和臺灣LED照明展（臺灣臺北；6月10-12日）展會期間在PowerIntegrations的展位亮相。LED正快速成為廣受青睞的路燈照明技術(shù)，用于替換高壓鈉(HPS)燈等傳統(tǒng)的照明技術(shù)。LED發(fā)出每流明的有用光所消耗的電能相當小，假如運用高效率諧振電源進行驅(qū)動，每瓦功率可以發(fā)出高達80流明的光，相比之下，HPS燈只能發(fā)出58流明的光。此外，LED還比HPS燈具有更好的方向限制性及色調(diào)質(zhì)量，這在商業(yè)及住宅區(qū)是一個重要的考慮因素。LED還能夠快速開啟和關(guān)閉，并在燈光調(diào)暗時保持效率不變—這些功能特別適合自動檢測環(huán)境光及人類活動，使光輸出實現(xiàn)成本優(yōu)化，同時將對社區(qū)照明方案的不利影響降至最小。由于LED本身具有比HPS燈更高的牢靠性，因此維護成本以及由此帶來的整體擁有成本也將大幅降低。HiperPLC是PowerIntegrations推出的第一款高功率產(chǎn)品，用于限制功率范圍介于80至600瓦之間的AC-DC轉(zhuǎn)換器。HiperPLC通過縮小所需PFC磁芯的尺寸以及將PFC和LLC限制器同時集成到單個IC中，實現(xiàn)系統(tǒng)成本的降低。IC的最高功率因數(shù)可達0.99，能夠同步處理PFC和LLC限制器。同步功能可以減小大容量電容中的紋波電流，從而降低電容的工作溫度和大幅延長電源的工作壽命。PowerIntegrations的PIExpert軟件（版）現(xiàn)在支持運用HiperPLC進行電源設(shè)計，該軟件是基于PI產(chǎn)品的自動化電源設(shè)計軟件。PowerIntegrations市場營銷副總裁DougBailey表示：“世界各地的市政當局起先發(fā)覺，LED不僅節(jié)約能源，而且還節(jié)約維護成本，是更經(jīng)濟、更環(huán)保的路燈照明解決方案。不過，假如沒有性能牢靠的高效率電源來驅(qū)動LED的話，這些優(yōu)勢將無法得以充分發(fā)揮。有了HiperPLC，設(shè)計師便可設(shè)計出簡潔、牢靠、經(jīng)濟實惠且效率高達92%的電源?！盌ER-212現(xiàn)可從進行下載。有關(guān)具體信息，請訪問PowerIntegrations的LED照明應(yīng)用站點。支持HiperPLC器件設(shè)計的PIExpert設(shè)計軟件，可從免費下載。參考文獻關(guān)于PowerIntegrationsPowerIntegrations公司是用于高能效功率轉(zhuǎn)換的高壓模擬集成電路業(yè)界的領(lǐng)先供應(yīng)商。由于PowerIntegrations公司在高壓模擬集成電路方面所取得的技術(shù)創(chuàng)新，實現(xiàn)了尺寸小、結(jié)構(gòu)緊湊、用于各種電子產(chǎn)品的高效率電源，包括用于溝通-直流轉(zhuǎn)換和直流-直流轉(zhuǎn)換及LED照明的高效率電源。自1998年問世以來，PowerIntegrations的EcoSmart節(jié)能技術(shù)已大約節(jié)約了34億美元的待機能耗，避開了數(shù)以百萬噸的CO2排放量。該公司的綠色空間網(wǎng)站(://powerint/greenroom/)供應(yīng)了大量有關(guān)“能源吸血鬼”和待機能耗問題的信息，此外還供應(yīng)有全球能效標準的綜合指南。由于EcoSmart技術(shù)對環(huán)境愛護的作用，PowerIntegrations的股票已被歸入到由CleantechGroup（Amex:CTIUS）及CleanEdge（Nasdaq:CELS）贊助的環(huán)保技術(shù)股票指數(shù)下。有關(guān)具體信息，請訪問網(wǎng)站。LED照明將是將來的一個海量增長市場與現(xiàn)有的白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈、鹵素燈和高壓鈉燈相比，LED光源具有6大明顯的優(yōu)點，包括：運用壽命長(運用壽命可達5萬到10萬小時，比傳統(tǒng)光源壽命長10倍以上)、節(jié)能省電(相同照明效果比傳統(tǒng)光源節(jié)能80%以上)、應(yīng)用簡潔便利、運用成本低、堅實和環(huán)保(無輻射，廢棄物可回收，不含汞元素)，這使得它在講究節(jié)能環(huán)保的當今經(jīng)濟形勢下成為了一個特別吸引人的選擇。美國能源部指出：照明所消耗的能量占到了美國年發(fā)電量的22%。LED照明的廣泛運用將使此項能耗下降50%。假如客觀地考慮到這一點，那么到2027年，LED照明所實現(xiàn)的年度能耗削減量將相當于5億桶石油，同時還削減了二氧化碳的排放量。個人認為，從長遠角度來看，LED照明確定將一統(tǒng)天下。事實上，目前LED照明燈具已經(jīng)在近期的家庭照明市場上得到了快速的發(fā)展。依據(jù)歐司朗光學半導(dǎo)體公司2008年的調(diào)查統(tǒng)計，全球每年家庭照明燈座出貨量已經(jīng)達到500億個左右。有業(yè)內(nèi)專家認為，LED綠色照明燈具的海量市場和持續(xù)穩(wěn)定的增長需求將掀起集成電路行業(yè)繼VCD、DVD、手機、MP3之后的消費電子市場的又一場超級海嘯！市場探討公司iSuppli也預(yù)料，LED照明市場將從2009年的70億美元增長到2011年的90億美元，其中超高亮度LED照明市場是增長率最快的細分市場。這預(yù)示著將來幾年里大屏幕LCDHDTV的背光照明、高速馬路照明、重要道路照明、以及建筑工地照明市場將得到快速發(fā)展。LED光源的技術(shù)日趨成熟，每瓦發(fā)光流明快速增長，高功率LED的光輸出已經(jīng)實現(xiàn)了具有重要里程碑意義的100流明/瓦，有的制造商甚至聲稱其LED的光輸出達到了120流明/瓦。這意味著，就能量效率而言，LED如今已經(jīng)超越了節(jié)能燈CFL(其光輸出為80流明/瓦)。據(jù)專家預(yù)料，到2012年，LED的光輸出將達到150流明/瓦。目前LED的價格是其進入大眾消費市場的主要障礙，但LED的成本最近下降得特別快。以1WLED光源為例，2008年春的價格是2006年春的價格三分之一，2009年春已降至2006年的四分之一。Polybrite公司(一家LED照明產(chǎn)品領(lǐng)先供應(yīng)商)也表示，在過去的12個月里，個別白光LED的價格已經(jīng)從8美元降至1.50美元。并預(yù)料在2009年，用LED替換白熾燈泡的價位將為消費者所接受。他們所言非虛。據(jù)筆者了解，過去LED價格昂貴的主要緣由是其制造專利大都限制在日本廠商手里，而且它們還不情愿對外授權(quán)這些制造專利，從而導(dǎo)致LED的供應(yīng)商至今只有屈指可數(shù)的幾家。不過，這些專利的失效期就在今年，一旦失效，信任中國大陸和臺灣將會很快冒出多數(shù)家LED制造商，并進一步快速拉低LED的售價。從應(yīng)用的角度來看，小于25W的LED照明應(yīng)用將漸漸滲透到便攜式手持產(chǎn)品(如PMP和MID)、閱讀臺燈、餐燈、床頭燈、標記燈、標識燈、裝飾燈、格柵燈、汽車尾燈、汽車近光燈、汽車轉(zhuǎn)彎燈、甚至汽車信息消遣顯示器。25W-100W的LED照明應(yīng)用可在汽車前照燈、辦公室照明和建筑照明用途中找到用武之地。100W以上的LED照明應(yīng)用將在大屏幕LCD-TV、高速馬路、大型廣場、電視墻和工業(yè)照明中得到廣泛普及。必需指出的一點是，設(shè)計LED照明產(chǎn)品時必需使驅(qū)動IC工作在滿負荷輸出的70-90%的最佳工作區(qū)域。運用滿負荷輸出電流的驅(qū)動IC會由于在燈具狹小空間內(nèi)散熱不暢，而簡潔導(dǎo)致LED照明燈具發(fā)生疲憊和早期失效。除了熱管理挑戰(zhàn)以外，系統(tǒng)設(shè)計師還將遇到的三大設(shè)計挑戰(zhàn)是如何保持80%以上的總體功率轉(zhuǎn)換效率、無閃耀調(diào)光和防止LED的色偏。這些具體的工程設(shè)計問題及其解決方案將在6月份的電源特刊的封面故事中進行具體探討。自2010年起，歐、美、日等先進國家相繼起先執(zhí)行禁用白熾燈泡之法令，其法令原由乃基于限制低發(fā)光效率的光源。白熾燈泡被禁用，取而代之的光源包括省電燈泡、冷陰極管、LED等。但將來如再考慮對有害物質(zhì)的限制考慮，LED光源將成為最佳選擇。LED發(fā)光源工作原理及特性發(fā)光二極管是半導(dǎo)體材料合成的二極管，由PN接口組成，當外加正向電壓時，電子與電洞結(jié)合以光子形式釋出能量，因此具有發(fā)光特性。而其光源在靠近PN接口毫米以內(nèi)產(chǎn)生，發(fā)光的波長取決于材料之特性而有不同發(fā)光顏色，常見有紅、黃、綠、藍發(fā)光二極管。發(fā)光二極管發(fā)光亮度可以通過工作電壓(電流)的大小來調(diào)整。在很大的工作電流范圍內(nèi)，發(fā)光二極管的亮度隨電流的增大而提高。LED照光明度穩(wěn)定性發(fā)光二極管的亮度隨電流的大小而不同，且制造出來的發(fā)光二極管，其電壓與電流曲線稍有差異，因而LED照明的亮度常隨電源電壓的變動而無法穩(wěn)定。為維持亮度穩(wěn)定一樣，須要發(fā)光二極管恒流驅(qū)動器來實現(xiàn)。恒流驅(qū)動器可以使得發(fā)光二極管工作在固定電流模式，因而亮度穩(wěn)定性高。恒流驅(qū)動器也讓發(fā)光二極管長期工作在確定電流下，使其維持較長壽命。凱鈺科技的T6316是一個恒流驅(qū)動器，它是一個具有4個通道的定電流發(fā)光二極管驅(qū)動器，輸出電流可依照外置電阻而定。T6316具有±6%精度電流與通道間±3%匹配精度，可用于路燈、燈管等照明設(shè)備。為節(jié)能考慮，系統(tǒng)設(shè)計需考慮恒流驅(qū)動器的跨壓在0.5V～2V之間。由于發(fā)光二極管長時間工作在恒定電流下，其跨壓稍有下降，此項變動亦需考慮在系統(tǒng)設(shè)計中。LED照明節(jié)能考慮發(fā)光二極管照明優(yōu)點是節(jié)能、平安，但由于恒定電流工作考慮，能耗亦相對增加，因此照明系統(tǒng)設(shè)計以低能耗為目標。前面提到恒流驅(qū)動器的壓降在2V以內(nèi)，即是考慮低能耗的設(shè)計，若系統(tǒng)的電源端電壓與串接發(fā)光二極管壓降超過2V以上，則需考慮以電壓轉(zhuǎn)換器來達到低能耗目標，但仍維持恒定電流工作模式。低能耗的電壓轉(zhuǎn)換器是以開關(guān)式方式工作，依據(jù)反饋電路限制開關(guān)周期，達到穩(wěn)定輸出電壓。但為了維持發(fā)光二極管恒定電流工作狀態(tài)，反饋電路是以輸出電流來限制轉(zhuǎn)換器開關(guān)周期。凱鈺科技T6322是一個降壓恒流發(fā)光二極管驅(qū)動器，其電流依照外置電阻確定，可支持高達1.5A輸出電流，供應(yīng)±5%精度電流及高功率效能(低能耗)及高電線路調(diào)整實力。圖1對T6322與其它產(chǎn)品的功率轉(zhuǎn)換效率進行了對比。圖2是T6322與其他產(chǎn)品的線路調(diào)整實力的對比(低電流變動率即表示高線路調(diào)整實力)。

圖1

圖2在目前充斥市場的LED照明產(chǎn)品中，它們的電源輸入系統(tǒng)為兩類：一類前端為AC電源輸入系統(tǒng)加上后端的定電流限制模塊，此類產(chǎn)品包括冷凍柜燈條、室內(nèi)燈具、路燈、臺燈、MR16、AR111等。另一類為溝通電源干脆輸入系統(tǒng)整合AC/DC轉(zhuǎn)換器和恒定電流線路，此類產(chǎn)品包括E27和GU10等燈泡型LED燈、PAR燈、T5和T8LED燈管等。第一類電源設(shè)計除了應(yīng)選擇前端效率較佳的恒定電壓電源供應(yīng)器外，后端恒定電源限制的電源模塊則依其產(chǎn)品特性采納效率較佳的電源設(shè)計。其優(yōu)點在于前端AC/DC的電源供應(yīng)器，如開關(guān)電源、DC適配器等恒定電壓電源，可選擇性高且多有安規(guī)認證的方案，從而降低設(shè)計的門檻。其次類電源設(shè)計由于整合了AC/DC的電路和恒定電流電路，故可符合較小空間的機構(gòu)設(shè)計，但從功率因子、電源效率和安規(guī)的考慮，設(shè)計也存在一些難度。因此，現(xiàn)今市場此類產(chǎn)品很少能達到高發(fā)光效率、高功率因子(>0.9)標準。本文小結(jié)目前LED照明產(chǎn)品要達到高發(fā)光效率，進而成為下一代主要光源，首要考慮的是電源模塊的設(shè)計，針對不同的燈具產(chǎn)品選擇正確的設(shè)計架構(gòu)。此外，電源限制IC也必需提高電源效率、功率因子、牢靠性，以開發(fā)適合LED照明需求的產(chǎn)品歐司朗光電半導(dǎo)體推出的GoldenDRAGONOvalPlusLED具有完備的照明性能，無需搭配二次光學元件即可供應(yīng)節(jié)能型路燈照明。該款LED采納新型集成透鏡，這是其一大亮點。此外，它具有橢圓形輻射模式，可投射定向照明光線，因此是路燈照明的志向選擇，而且應(yīng)用起來相當省力省心。GoldenDRAGONOvalPlus是專為路燈照明而開發(fā)的一種“易用型”LED解決方案。以其橢圓形光束(垂直80°，水平120°)的特性，並采納了經(jīng)久耐用的集成硅樹脂透鏡，因此可滿足節(jié)能型路燈照明和最大限度削減光污染的特殊要求。該款LED的光線能精確地投射到目標照明區(qū)域，而且不會產(chǎn)生向上的雜散光。鑒于不同地區(qū)對道路照明的要求不同，該款LED有不同白光色調(diào)供選擇，其發(fā)光效率的典型值為冷白光90lm/W（色溫6500K）和中白光80lm/W（色溫5000K）。而色溫介于2700K至4500K之間的暖白光LED，則是為全部須要營造友好氛圍的照明應(yīng)用而開發(fā)的，如歷史名城中心；色溫為4500K時，其發(fā)光效率典型值為65lm/W，放射出的光線特殊舒相宜人。該款全新LED的主要優(yōu)勢在于其采納了集成透鏡。采納這種透鏡后，即無需再搭配二次光學元件，從而讓路燈照明更為省力省心。此外，該款LED同樣適合標準焊接工藝。歐司朗光電半導(dǎo)體固態(tài)照明產(chǎn)品開發(fā)部主管MarkusKlein博士指出：“我們的‘路燈照明LED’集各種優(yōu)勢于一體。首先，它發(fā)光效率高，采納硅樹脂透鏡能令運用壽命長。除此之外，由于它可將多個LED可以透過照明系統(tǒng)而精確地安排