LED驅(qū)動：照明應用看好 散熱仍是難題

在技術上，照明應用對LED驅(qū)動電路也提出了更高的要求。飛兆半導體PCIA照明部總監(jiān)李在鵬告訴記者：“LED照明驅(qū)動電路越來越專注于穩(wěn)定的亮度和功率轉(zhuǎn)換效率，追求更高的功效、更高的集成度以及更小的外形尺寸?！本拖到y(tǒng)而言，大功率LED照明技術涉及電學、光學、熱學、力學等多個學科，無錫晶凱科技有限公司董事長黃偉博士告訴記者：“從實現(xiàn)手段上來看，LED照明技術囊括了功率器件及其高壓制程工藝、功率集成電路設計、熱學管理、先進封裝及其光電集成技術等多項先進制造技術。”“與發(fā)達國家相比，我國在照明LED驅(qū)動領域起步較晚且基礎較為薄弱，缺乏具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術?！秉S偉說，“目前用于大功率LED的驅(qū)動IC芯片技術主要被幾家歐美半導體大公司所壟斷，尤其是應用于25W～100W功率范圍的小區(qū)道路照明和輸出功率100W以上的主干道照明，由于需要用到隔離性的反激式變換器，因此只有少數(shù)幾家企業(yè)掌握了該技術?！睋?jù)黃偉介紹，用于白熾燈的阻性TRIAC調(diào)光器難以對CFL、LED等容性電光源進行調(diào)光，這一直是LED驅(qū)動技術的瓶頸，晶凱科技開發(fā)出應用于110V～260V交流照明應用的首枚國產(chǎn)AC/DC高壓芯片，以多項獨創(chuàng)的精確調(diào)光鎮(zhèn)流技術，突破了這一瓶頸，達到可直接替換高能耗的白熾燈、實現(xiàn)LED可自由配合阻性TRIAC調(diào)光器使用的目的。

室內(nèi)外應用各具特色

●路燈照明需適應惡劣環(huán)境

●室內(nèi)應用應考慮兼容性

在LED照明應用中，室外照明和室內(nèi)照明在驅(qū)動方式上有明顯的區(qū)別。據(jù)吳建興介紹，路燈采用交流供電，需要將交流轉(zhuǎn)成直流，再實現(xiàn)恒流控制。路燈的輸出功率大，工作環(huán)境最惡劣，需要考慮極端溫度條件，同時考慮到路燈的維護成本，產(chǎn)品的可靠性要求也很高；相對于路燈而言，室內(nèi)照明功率小，工作環(huán)境相對良好，但對成本比較敏感，同時還必須考慮到與原照明接口的兼容性，對產(chǎn)品的體積也有嚴格要求。

任遠程則從產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的角度向記者解釋了室外和室內(nèi)照明LED驅(qū)動電路的差異，他說：“路燈照明采用三級架構(gòu)，即‘PFC(功率因數(shù)校正)+隔離DC/DC變換器+降壓恒流變換器’。通常前兩級由電源廠商設計生產(chǎn)，是一個相對獨立的電源，提供一個穩(wěn)定的直流電壓給燈具，而第三級則由LED系統(tǒng)廠商自己設計，與燈具構(gòu)成一個整體。第三級電路由于和發(fā)熱嚴重的LED在一起，要求極高的轉(zhuǎn)換效率。室內(nèi)照明通常采用單級架構(gòu)，雖然是否需要PFC目前還沒有定論，但是業(yè)界已經(jīng)普遍認為如果把傳統(tǒng)的白熾燈全部換成LED，諧波對電網(wǎng)的污染不可小視，所以PFC還是必要的；已有的白熾燈和熒光燈往往和調(diào)光器是配套安裝使用的，換裝的LED燈具必須能和原有的調(diào)光器匹配工作；此外，根據(jù)具體的應用，驅(qū)動電路可以是隔離的，也可以不隔離。”

延長壽命有待努力

●解決散熱問題是延長LED壽命關鍵

●熱敏電阻承擔LED器件保護重任

LED產(chǎn)品的使用壽命也是消費者非常關注的問題，甚至有觀點認為是驅(qū)動電路這塊短板讓LED產(chǎn)品變得“短命”。鄭兆雄告訴記者：“LED產(chǎn)品本身具有很長的使用壽命，如果驅(qū)動電路的可靠性較低，會影響其使用壽命，進而影響整個照明系統(tǒng)的壽命。提供高可靠性的驅(qū)動電路本身并不難，難的是在保持極高可靠性的同時，還要降低成本。因此，設計人員選擇合適的LED驅(qū)動器及外部元件就顯得尤為重要，要確保驅(qū)動電路的可靠性和壽命與LED的可靠性和壽命相匹配。”在李在鵬看來，解決壽命問題的方案需根據(jù)器件功率的不同來加以選擇，他表示，按照功率從低到高可分別采用非隔離型降壓、隔離型PSR反激式、單級反激式、準諧振和LLC半橋拓撲，以達到更高的功效，實現(xiàn)精確的恒流控制。“在照明領域，驅(qū)動電路的最大困難是如何解決散熱的問題?！比芜h程說，“如果散熱效果不佳，電路中電解電容的壽命將大大降低，將嚴重影響LED產(chǎn)品的壽命。解決方案包括提高驅(qū)動電路的效率，提高散熱能力，在電路中通過一些獨特的設計甚至可以去掉電解電容?！眳墙ㄅd則認為，LED照明是一個系統(tǒng)，由 LED、電子系統(tǒng)、散熱系統(tǒng)等組成，這三者是密不可分的；LED的壽命需要在穩(wěn)定的輸入電壓、恒定的輸出電流、低于60℃的環(huán)境溫度下才能體現(xiàn)。

除了提高系統(tǒng)效率之外，業(yè)界也考慮采用特殊的器件對LED進行保護，從而提高系統(tǒng)的壽命。泰科電子電路保護事業(yè)部高級應用經(jīng)理在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“LED的性能和壽命是與LED的PN結(jié)工作溫度緊密相關的，對LED結(jié)溫的有效控制是保護LED的根本要求。雖然這項技術正在不斷普及，但 LED照明廠家仍在繼續(xù)攻克LED光源熱敏感性強的難題。熱量過多或應用不當都會使LED光源的性能大打折扣。當LED芯片內(nèi)結(jié)溫度升高10攝氏度時，光通量就會衰減1%，LED壽命就縮短50%。過流、過壓和過熱都會顯著地降低LED的發(fā)光性能并縮短使用壽命。所以，除了良好的散熱設計之外，安全可靠的過熱保護也是必須加以考慮的。”據(jù)泰科電子電路保護事業(yè)部高級應用經(jīng)理介紹，泰科電子在1980年首次將PPTC(高分子正溫度系數(shù))材料用作保護電路的熱敏電阻。這種單器件方案可以對因電源使用不當導致的受損提供保護，并具有瞬態(tài)抑制、反向偏壓保護能力，也可防止因過流事件而受損，可復位PPTC器件可以防止因LED照明應用中過流和過溫故障造成的損害。

　小馬