如何設(shè)計一款高效的LED燈?
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!現(xiàn)在大街上隨吃可見的LED顯示屏,還有裝飾用的LED彩燈以及LED車燈,處處可見LED燈的身影,LED已經(jīng)融入到生活中的每一個角落。
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(rèn)。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,使用壽命可達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,可以安全觸摸,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VF =2.75-3.8V,IF在15-1400mA;因此LED驅(qū)動IC的輸出電壓是VF X N或VF X 1, IF恒流在15-1400mA。LED燈具使用的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的電流大小決定,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)動需要提供恒流電源,以保證大功率LED使用的安全性,同時達到理想的發(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(biāo)稱輸入電壓范圍應(yīng)當(dāng)滿足DC8-40V,以覆蓋應(yīng)用面的需要,耐壓如能大于45V更好;AC 12V或24 V輸入時簡單的橋式整流器輸出電壓會隨電網(wǎng)電壓波動,特別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)電壓升高時會被擊穿,LED光源也因此被燒毀。
2. 驅(qū)動芯片的標(biāo)稱輸出電流要求大于1.2-1.5A,作為照明用的LED光源,1W功率的LED光源其標(biāo)稱工作電流為350mA,3W功率的LED光源其標(biāo)稱工作電流為700mA,功率大的需要更大的電流,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(fù)輸出的 70-90%的最佳工作區(qū)域。使用滿負(fù)輸出電流的驅(qū)動IC在燈具狹小空間散熱不暢,容易疲勞和早期失效。
3. 驅(qū)動芯片的輸出電流必需長久恒定,LED光源才能穩(wěn)定發(fā)光,亮度不會閃爍;同一批驅(qū)動芯片在同等條件下使用,其輸出電流大小要盡可能一致,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;對于輸出電流有一定離散性的驅(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)光亮度一致,保持最終產(chǎn)品的一致性。
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)直接綁定在銅板上,并有一Pin直接延伸到封裝外,便于直接焊接在PCB板的銅箔上迅速導(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,必然有功耗,必然會發(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、耐高壓的能力也關(guān)系到整個LED燈具產(chǎn)品能否順利通過CE、UL等認(rèn)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)生可見閃爍。
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,因此需要多種功能的LED光源驅(qū)動IC。LED燈具選用36V以下的交流電源可以考慮非隔離供電,如選用220V和100V的交流電源應(yīng)考慮隔離供電。直接使用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所有集成電路設(shè)計公司再次成功的機會,快速轉(zhuǎn)型、早出產(chǎn)品,贏的機會多多。雖然LED在生活中處處可見,但是LED也還有一些不足需要我們的設(shè)計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備,這樣才能設(shè)計出更加符合生活所需的產(chǎn)品。