炙手可熱的LED照明話題從年初一路延燒至年尾，人人都知道LED節(jié)能環(huán)保壽命長，但在面臨大規(guī)模應用時，卻又因為電源壽命不匹配、可靠性不足等問題不得不推遲上市時間。愈來愈多的業(yè)內人士認識到，要充分發(fā)揮LED的潛能，照明驅動電源是關鍵的支撐因素之一。  

    對于LED照明驅動電源，當前的主要訴求集中在高可靠性，以及高效節(jié)能等方面。來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照明驅動電源明確提出三點要求：  

    第一、要具有高的可靠性，包括與LED光源相匹配的長壽命，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(jié)能，明泰Tesemi的產(chǎn)品效率高達95%，遠遠超過我國和歐盟等91%的一級能效標準;  

    第三、在目前LED產(chǎn)品無全面標準情況下，LED必須滿足電氣強制標準，特別是EMC的GB17743對應IEC6100，電流諧波THD的GB17625.1-2003對應IEC61000-3-2:2001，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，該公司銷售副總裁朱保賚表示，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。PowerIntegrations市場營銷副總裁DougBailey也認為，所有客戶都需要可靠、高效節(jié)能的LED驅動產(chǎn)品。   

    當然，還有其他一些要求存在，比如功率因數(shù)校正(PFC)，無閃爍可控硅調光，在不同輸入電壓、溫度及燈泡間都具有高精度恒流驅動輸出，以及一致的導通和關斷性能。DougBailey表示，PowerIntegrations(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(guī)則。  

    當前市場對LED照明電源的需求因應用而異，消費類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照明市場用于室內照明的燈泡型漸漸過渡到直管型，用于室外的街燈也有增加。隨著LED向高亮度化改善，LED驅動電路也逐漸開始向高輸出化發(fā)展。  

    離線型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，主體市場則趨向離線型LED照明電源。國際整流器公司(IR)LED部門主管PeterB.Green指出，離線LED電源市場主要分為高功率和低功率兩個部分，大概以50W為分界線，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)品大多采用簡單的、非絕緣型降壓穩(wěn)壓器LED驅動電路。這些產(chǎn)品都是采用了最少的元器件數(shù)量和最低的成本，但又必須同時提供足夠的流明/每瓦，以及高于0.7的功率因數(shù)，并具有標準的雙向可控硅調光器調光的能力。  

    市場上不能滿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(EnergyStarprogram)”的要求也是促成這一變化的原因之一。  

    高功率LED驅動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(shù)大于0.9，并具備調光能力，而這種調光能力可能是通過基礎調光器之外的其他方法實現(xiàn)的。另外還需要產(chǎn)生至少與熒光燈相等的流明/每瓦，并具有更長的使用壽命。  

    DiodesLED照明業(yè)務部門總經(jīng)理AllanLin認為，離線型LED照明電源的發(fā)展將改變LED的銷售角度，從銷售大批量DC/DC電源的低電流、高亮度LED(用于手機、標識及筆記本電腦)，到銷售AC/DC電源的更高電流LED(一般是照明應用)。這將提升整個普通照明AC/DCLED驅動器市場，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電視應用也迎來其他發(fā)展空間。他們正由CCFL向LED轉移，從而進一步促進更高電流LED、更高電壓電源市場的發(fā)展，并提高對驅動眾多大型平行鏈的更高電源LED的要求。  

    無電解電容LED照明方案惹爭議  

    在大多數(shù)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顯著增加BOM的成本，因此減少電容的大小是增加電燈壽命及控制BOM成本的一個重要趨勢和訴求。AllanLin表示，Diodes正在研究在未來的器件中減少電容器的大小。  

    不僅如此，更有不少廠商紛紛推出無電解電容的LED照明方案。創(chuàng)意電子有限公司產(chǎn)品工程師龍金節(jié)介紹，該公司TK5401、IL9910、TK5401均為無電解電容的驅動方案，主要用于球泡燈，PF值可達到歐洲標準0.70，外圍元件少，價格低，長壽命且節(jié)約空間。隨著時間的推移，市場上的一些帶有電解電容的驅動電源會有相繼失效的現(xiàn)象，龍金節(jié)認為，無電解電容的驅動方案是一個必然的發(fā)展趨勢。   

    雖然LED是個節(jié)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燈具工作時是一個加熱體，使燈具局部形成50—70度甚至85度的高溫區(qū)，會很快將電解電容的電解液烤蒸發(fā)，1000到3000小時時就很快失效。  

    邢先鋒指出，實際上傳統(tǒng)日光燈、節(jié)能燈驅動中電解電容也催在同樣問題，只是電源壽命與燈管壽命相當而沒使矛盾特別突出。他表示，“無論可靠性還是成本，抑或是可實現(xiàn)性考量，無電解電容將是LED照明驅動電源的不二選擇。”  

    針對無電解電容方案，在業(yè)界有很多其他不同的聲音。  

    “我們并不認為無電解電容LED照明是LED照明電源的發(fā)展大趨勢。而且從現(xiàn)狀來看，技術方面需要克服的問題很多。”Rohm公司表示。  

    PeterB.Green指出，隨著電源需求的增加，如果不采用電解電容，LED驅動器的設計會變得非常昂貴。在低功率水平上，通過用陶瓷電容取代電解電容可以解決這一問題，而在高品質光源燈具上，電解電容是難以去除的。  

    事實上，如果電解電容質量很好，可以達到105攝氏度的工作溫度和10000小時額定工作時間，就沒有必要將電解電容從LED驅動設計中去除。  

    如果在低溫條件下，這些元件的使用壽命可以遠遠超過10000小時，例如，在85度下，一個額定壽命為10000小時的元件可以運行40000小時。

    “其實用不用電解，其焦點就是電解的壽命，也就是整個產(chǎn)品的可靠性。”朱保賚表示，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;其次就是驅動電源對于電網(wǎng)波動的適應性及可靠性，例如雷擊，因為很多半導體的元件會因為OverStress而失效。電解電容會存在電解液干涸的可靠性問題，但是如果簡單地去除電解電容就會降低電源對電網(wǎng)波動的抗干擾能力，也會帶來因雷擊失效的風險，因此需要全面地評估產(chǎn)品的可靠性。  

    由無電解電容帶來的高紋波電流而導致的低頻閃爍開始越來越被人注意，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也會被導致一些數(shù)碼像機設備出現(xiàn)差頻閃爍的亮暗柵格。朱保賚認為，雖然市場很渴望能有既能解決電容壽命又能保持穩(wěn)定性及可靠性的新方案，但現(xiàn)階段在高品質光源燈具上是難以去除電解電容的。  

    DougBailey贊同此觀點。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(tǒng)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AC波形的低點(此時，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電容來替代電解電容，從而消除100Hz或120Hz的閃爍。對于不太關注調光的高溫、高可靠性工業(yè)應用來說，我強烈建議不采用電解電容進行設計。”DougBailey強調。  

    非隔離和隔離型驅動電源將長期共存  

    目前在一般的LED照明市場上，存在非隔離設計和隔離型驅動電源之分。  

    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和整個產(chǎn)品都集成并密封在非導電塑料中，因此，最終用戶并沒有任何觸電的危險。二級產(chǎn)品都是隔離型的，價格相對比較昂貴，但在用戶可以接觸到LED和輸出接線的地方(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驅動電源意味著LED可以直接用手接觸而不會觸電。而無隔離變壓器的LED驅動電源雖仍可以借助防護外殼實現(xiàn)部分機械絕緣，但此時的LED在工作時并不能直接接觸。  

    Rohm公司指出，如何選取絕緣型和非絕緣型的照明驅動電源，主要在于安全和大小的關系，要看市場需要。“但是我們認為絕緣型燈泡在今后將成為主流。”該公司相關負責人表示。  

    龍金節(jié)也認為隔離型將成為市場的主流。如果采用隔離驅動，在電源初級側有問題時次級側的光源不會受到傷害，也就是說光源不會被破壞。隨著人們對安規(guī)的重視越來越強，隔離驅動市場前景看漲。  

    DougBailey持有不同意見。他認為，兩級架構適用于必須使用第二個恒流驅動電路才能使PFC驅動LED恒流的舊式驅動器。  

    這些設計已經(jīng)過時，不再具有成本效益，因此在大多數(shù)情況下都最好采用單級設計。  

    物理設計決定著驅動器是隔離式還是非隔離式。安全規(guī)則通常要求使用兩個獨立的隔離層。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題。  

    DougBailey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)品中進行大量的成本及設計優(yōu)化工作。  

    邢先鋒也表示，越簡單的方案越有優(yōu)勢，所以單級框架一直是設計師們孜孜追求的方向。  

    “現(xiàn)在有很多實現(xiàn)‘離線性’LED電源的方法，而最好的方法取決于最終的應用。”AllanLin說，“我們預見單級(無隔離及帶隔離)將主導取代型燈泡(E27,GU10,T8型燈)，對于這些產(chǎn)品來說，成本和解決方案的大小至關重要。”  

    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有不同的見解。通常，他們會從多方面去分析，例如成本與制造工藝、效率和體積、絕緣可靠性和安全規(guī)范的要求，等等。  

    Supertex公司認為這兩種架構將來都會得到普及。PeterB.Green也表示，在未來這兩種類型的設計都將會繼續(xù)使用，因為每個設計分別滿足了不同的市場需求。  

    帶變壓器的驅動成本較高，但也相應讓LED燈具變得更加實用，能夠滿足終端用戶偶然接觸LED的需要。當白熾燈玻璃外殼很容易被損壞時，一個E27型號的普通燈泡可被替換成為LED燈。此外，在工業(yè)區(qū)或者是辦公設備應用中的燈具并不需要接觸到終端用戶，如路燈和商場照明，這時的LED燈也確實需要隔離變壓器。  

    朱保賚表示，作為一個讓最終用戶能安全使用的產(chǎn)品，一定會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)過隔離，不能讓人觸電。而從產(chǎn)品整個系統(tǒng)而言，隔離是不可避免的，區(qū)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，因此他們可以簡化散熱和燈罩的設計。如果用非隔離的驅動設計，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，隔離與非隔離的方案一直都同時存在。  

    iWatt已經(jīng)推出的iW3610iW3612系列IC，就已經(jīng)將傳統(tǒng)的兩級控制(PFC+PWM)整合在一個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，這種設計符合LED市場的主流要求。  

    本土制造商面臨成本壓力  

    如今，有大量的小型公司紛紛進軍LED照明業(yè)務，市場價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，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(zhàn)。  

     “在LED等產(chǎn)業(yè)鏈中的每個人都要面臨的挑戰(zhàn)是每月減少燈的整體成本。”DiodesLED照明業(yè)務部門總經(jīng)理AllanLin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(guī)格。  

    中國LED驅動電源制造商們可能面對的主要挑戰(zhàn)是找到低成本的AC/DC驅動器，從而滿足在低成本電源系統(tǒng)中實現(xiàn)更嚴格的功率因子和效率表現(xiàn)。  

    未來，在空間受限且存在散熱困難的系統(tǒng)(比如LED燈具)中使用高質量、高可靠性的電源，將不再免費。然而，在最終用戶使用過許多某款壽命在10,000小時左右的燈泡之前，要想證明其質量高是相當困難的事情。  

    PowerIntegrations市場營銷副總裁DougBailey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)的高質量電源產(chǎn)品方面享有盛譽的驅動控制器公司，事情就會簡單很多。  

    LED是一個全新的照明體系，LED驅動需要和LED及其模組協(xié)調系統(tǒng)工作。“LED驅動不是一個簡單的電源問題。它不僅要滿足LEDPN結負載要求，也要系統(tǒng)考慮LED模組光、電結構設計”，邢先鋒指出，“目前LED驅動制造商幾乎全是傳統(tǒng)電源廠商，缺乏系統(tǒng)方案、全方位考量。”  

    來自IR的PeterB.Green則指出了產(chǎn)品質量標準的問題。為了在美國和歐洲市場銷售LED驅動器，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，并且完全滿足UL和“能源之星計劃”的要求。產(chǎn)品的使用壽命是至關重要的，因此，采用高質量的元器件和生產(chǎn)質量控制是至關重要的。同時，在保證高性能和可靠性的前提下，必須盡可能地降低成本。■