如何設計一款高效的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。LED高節(jié)能：直流驅動，超低功耗(單管0.03瓦-1 瓦)電光功率轉換接近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照明領域，要體現(xiàn)出節(jié)能和長壽命的特點，選擇好LED驅動IC至關重要，沒有好的驅動IC的匹配，LED照明的優(yōu)勢無法體現(xiàn)。

LED燈具對低壓驅動芯片的要求：

1. 驅動芯片的標稱輸入電壓范圍應當滿足DC8-40V，以覆蓋應用面的需要，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，驅動IC如不能適應寬電壓范圍，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. 驅動芯片的標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，功率大的需要更大的電流，因此LED照明燈具選用的驅動IC必需有足夠的電流輸出，設計產(chǎn)品時必需使驅動IC工作在滿負輸出的 70-90%的最佳工作區(qū)域。使用滿負輸出電流的驅動IC在燈具狹小空間散熱不暢，容易疲勞和早期失效。

3. 驅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動芯片必選在出廠或投入生產(chǎn)線前分檔，調整PCB板上電流設定電阻 (Rs)的阻值大小，使之生產(chǎn)的LED燈具恒流驅動板對同類LED光源的發(fā)光亮度一致，保持最終產(chǎn)品的一致性。

4. 驅動芯片的封裝應有利于驅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構也是至關重要的。

5. 驅動芯片本身的抗EMI、噪音、耐高壓的能力也關系到整個LED燈具產(chǎn)品能否順利通過CE、UL等認證，因此驅動芯片本身在設計伊始就要選用優(yōu)秀的拓樸結構和高壓的生產(chǎn)工藝。

6. 驅動芯片自身功耗要求小于0.5W，開關工作頻率要求大于120Hz，以免工頻干擾而產(chǎn)生可見閃爍。

LED綠色照明促使驅動芯片向創(chuàng)新設計發(fā)展，LED燈具照明是離不開驅動芯片的，因此需要多種功能的LED光源驅動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的交流電源應考慮隔離供電。直接使用AC100-220V的驅動芯片，因應用體積苛求，在技術上還有更高的要求、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計公司再次成功的機會，快速轉型、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計人員擁有更加專業(yè)的知識儲備，這樣才能設計出更加符合生活所需的產(chǎn)品。