從市場(chǎng)需求看LED照明電路設(shè)計(jì)

led照明雖然后勢(shì)看好，產(chǎn)業(yè)界也在LED芯片領(lǐng)域投入不少心力，但就電路設(shè)計(jì)而言，它仍然是驅(qū)動(dòng)LED光源的重要角色，即便芯片與封裝作得再好，電路設(shè)計(jì)不佳也是徒勞，概括來(lái)看，LED照明的電路設(shè)計(jì)仍不脫體積、成本幾個(gè)基本的重點(diǎn)，但PFC也是重要的參考指標(biāo)之一。

從整體的LED照明系統(tǒng)來(lái)觀察，LED芯片與封裝領(lǐng)域占了整體成本相當(dāng)高的比重，不過，電路設(shè)計(jì)雖然比重不高，但畢竟是訴求節(jié)能省碳的關(guān)系，如何在功耗上能降低其功耗就成了系統(tǒng)業(yè)者必須思考的課題，但另一方面，LED照明也面臨到成本、使用壽命與體積等諸多設(shè)計(jì)要求，在同時(shí)面臨諸多要求的情況下，系統(tǒng)業(yè)者也將壓力轉(zhuǎn)嫁給半導(dǎo)體業(yè)者，也讓半導(dǎo)體業(yè)者在解決方案的提供上也面臨了些挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體運(yùn)算暨消費(fèi)性產(chǎn)品事業(yè)群技術(shù)營(yíng)銷經(jīng)理林志彥指出，就他本人觀察，照明業(yè)者對(duì)于電路設(shè)計(jì)是相當(dāng)陌生的，這一類的問題，通常會(huì)交由半導(dǎo)體業(yè)者來(lái)想辦法解決，而照明業(yè)者能花更多的心力在機(jī)構(gòu)、光學(xué)、散熱與外型設(shè)計(jì)上，以達(dá)事半功倍之效。

林志彥進(jìn)一步指出，由于照明業(yè)者對(duì)于電路設(shè)計(jì)相當(dāng)陌生，但為了配合外型或是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等要求，半導(dǎo)體業(yè)者必須站在配合的角度盡可能協(xié)助客戶解決所有的問題，加上又需要快速量產(chǎn)，在開發(fā)電路板的設(shè)計(jì)上，也盡可能朝向能以“馬上出貨”為目標(biāo)，盡可能在最短時(shí)間進(jìn)入出貨的流程。

應(yīng)用不同電路設(shè)計(jì)概念也略有差異

LED照明的應(yīng)用領(lǐng)域大致上可分為室內(nèi)、室外與車用照明等類型，雖然這三類領(lǐng)域仍可細(xì)分相當(dāng)多的類別，但總歸來(lái)看，電路設(shè)計(jì)并無(wú)太大的差異，較具有差異性的，大多是在作業(yè)溫度、系統(tǒng)體積、可靠度與成本等因素。舉例來(lái)說(shuō)，室內(nèi)照明應(yīng)用，像是家用或是商用領(lǐng)域，就會(huì)較為注意成本與系統(tǒng)體積問題，若是室外照明，可能較不需要考慮到成本，但在作業(yè)溫度與可靠度等，就會(huì)相對(duì)來(lái)得重要。至于車用照明，雖然無(wú)需AC-DC組件的幫助，但畢竟與人身安全有高度關(guān)聯(lián)，在可靠性與壽命等方面也就會(huì)格外要求。

室內(nèi)與室外要求不同

室外照明與室內(nèi)相較，其作業(yè)環(huán)境較為嚴(yán)苛，供貨業(yè)者的水平落差較大，而現(xiàn)階段的室外照明也尚無(wú)一個(gè)較為明確的標(biāo)準(zhǔn)，預(yù)期未來(lái)室外照明市場(chǎng)要進(jìn)一步成長(zhǎng)，仍然需要一段時(shí)間。但撇開外在環(huán)境不談，事實(shí)上，室外照明的功率需求較高，其主要的原因在于LED燈較多，進(jìn)行串聯(lián)后，功率也會(huì)隨之增加，若是以并聯(lián)方式進(jìn)行，也會(huì)面臨到導(dǎo)通電壓的問題，因此若要往室外照明發(fā)展，其解決方案必須相對(duì)完整，才能滿足設(shè)計(jì)要求。

室內(nèi)與室外照明都會(huì)需要AC-DC組件，來(lái)進(jìn)行交直流電的轉(zhuǎn)換，但仍需DC-DC的協(xié)助以點(diǎn)亮LED光源，雖然兩類組件都相當(dāng)重要，但前者必須承載110V或220V的高電壓，就進(jìn)入門坎來(lái)說(shuō)較為不易，后者進(jìn)入門坎低，競(jìng)爭(zhēng)則較為激烈。

IR（國(guó)際整流器公司）LED部門經(jīng)理PeterGreen表示，室內(nèi)和室外的LED照明都會(huì)選用脫機(jī)電路，且一般取決于的功率大小和應(yīng)用的安全要求。在低功率應(yīng)用，不是在不用隔離的情況下使用降壓轉(zhuǎn)換器，就是需要隔離但采用返馳式轉(zhuǎn)換器。外部裝置可能更需要隔離，因?yàn)樗鼈儽仨毮軌蚍莱?，以防止電擊的風(fēng)險(xiǎn)。

在更大型的LED照明器具中，如街道照明，其功率一般超過50W，相關(guān)的隔離型設(shè)計(jì)將很可能采用一個(gè)包括前端和后端級(jí)的二級(jí)電源架構(gòu)。前端級(jí)將提供功率因子校正，而后端級(jí)將提供隔離和調(diào)節(jié)電流，以驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載。

就電路設(shè)計(jì)上，室外與室內(nèi)照明并無(wú)太大差異，主要的差別是在作業(yè)溫度上，大約需要到攝氏85度到105度左右，但若是日本地區(qū)，可能就要高達(dá)125度的水平，可見光以室外的作業(yè)溫度要求，其門坎就相當(dāng)?shù)母摺Ｊ彝庹彰鞒俗鳂I(yè)溫度特別要求外，在安規(guī)上也幾乎可與工業(yè)等級(jí)比擬，不論是在可靠度、產(chǎn)品壽命或是預(yù)防雷亟等，這些也都是室外照明所需要考慮到的地方。

車用照明要求有別安全仍是首要考慮

至于在車用照明方面，也會(huì)有溫度方面的要求，美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體（NS）亞太區(qū)資深市場(chǎng)工程師陳廣基表示，車用照明無(wú)需使用AC（交流電），是直接采用12V的DC（直流電），電路設(shè)計(jì)上相對(duì)容易，但一般的車用照明溫度要求大致上為攝氏105度左右，加上溫度的變化會(huì)影響供電的穩(wěn)定性，再者，應(yīng)用環(huán)境是屬于車用領(lǐng)域，也要考慮到安全性、可靠度、壽命與穩(wěn)定度等相關(guān)要求，因此電路設(shè)計(jì)的難度并不亞于其他應(yīng)用領(lǐng)域。

PeterGreen也補(bǔ)充說(shuō)明指出，汽車用LED驅(qū)動(dòng)器采用低壓DC電源，這些應(yīng)用在尾燈、內(nèi)燈、前燈和顯示背光燈之間有相當(dāng)大的分別。對(duì)部分的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，低電流LED使用簡(jiǎn)單線性調(diào)整已經(jīng)足夠。在其他情況下，如在功率相對(duì)較高的前燈應(yīng)用中，就需要一個(gè)切換式電源供應(yīng)器，并且可以采用幾種可能的電路拓樸，包括升壓、降壓-升壓或SEPIC。這樣的LED驅(qū)動(dòng)器需要能夠承受汽車中可能出現(xiàn)的高浪涌電壓。

PFC要求各異但方向趨于一致

值得一提的是，由于PFC（功率因子校正）也成為L(zhǎng)ED照明所在意參考數(shù)值之一，PFC值愈高，會(huì)讓電路設(shè)計(jì)愈加復(fù)雜，也在無(wú)形中增加成本，但此一作法，也會(huì)犧牲系統(tǒng)面積，這對(duì)于家用或是商業(yè)照明的照明系統(tǒng)有著相當(dāng)高的設(shè)計(jì)難度，尤其是在日本，PFC數(shù)值的要求也一直在提高，這也讓半導(dǎo)體業(yè)者大傷腦筋。

恩智浦半導(dǎo)體（NXP）大中華區(qū)照明產(chǎn)品營(yíng)銷資深經(jīng)理陳嶸認(rèn)為，不同國(guó)家所制定的政策法規(guī)各有差異，像是日本的政策運(yùn)行時(shí)間較早，不論是T5、T8都已開始陸續(xù)導(dǎo)入LED光源，同時(shí)也嘗試將LED照明加上智能化或是無(wú)線射頻等功能，以提升LED照明的附加價(jià)值，也因?yàn)槿绱?，再加上日本長(zhǎng)久以來(lái)一直都握有LED的關(guān)鍵專利，若是外來(lái)的半導(dǎo)體業(yè)者要進(jìn)入日本市場(chǎng)，就勢(shì)必會(huì)面臨兼容性的問題，這一點(diǎn)就并非所有的一線半導(dǎo)體業(yè)者能夠辦到。

陳嶸也進(jìn)一步指出，近來(lái)韓國(guó)在LED照明上，也有相當(dāng)多的著墨，在標(biāo)準(zhǔn)制定上所訂定的PFC也必須高達(dá)0.9以上，此一舉動(dòng)，也提高了進(jìn)入門坎，不過由于亞洲區(qū)域的LED照明發(fā)展?fàn)顩r，大多都由政府來(lái)主導(dǎo)，PFC值的提高，意味著電路成本也會(huì)增加，就總體發(fā)展來(lái)說(shuō)，不甚有利，未來(lái)政府的態(tài)度仍然是亞洲LED照明市場(chǎng)發(fā)展的觀察指標(biāo)之一。

從應(yīng)用面上來(lái)看，PFC的確是LED照明電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一，就功率上來(lái)看，15瓦以下的照明應(yīng)用是否需要高PFC值，甚至可以不用納入考慮，這仍然取決于客戶的需求，但就她的了解，即便是3到5瓦的工業(yè)照明，現(xiàn)在也開始有PFC的要求，其數(shù)值要求便高達(dá)0.9左右。

由此可見，LED照明的電路設(shè)計(jì)，雖然在整體系統(tǒng)成本的比重不高，但所面臨的挑戰(zhàn)并不亞于提升LED的發(fā)光效率，雖然應(yīng)用面不同，考慮的設(shè)計(jì)條件也有所差異，但可以知道的是，PFC的存在，已是LED照明未來(lái)不可或缺的電路設(shè)計(jì)的要件之一。