從技術(shù)角度看LED驅(qū)動方案2013年的四個趨勢
[導讀]2012年即將過去，這一年對于LED業(yè)者來說可謂喜憂參半，雖然包括中國在內(nèi)的許多國家已經(jīng)開始禁止銷售白熾燈，但是LED燈具銷售并沒有如期爆發(fā)，反而出現(xiàn)了很多燈具廠商倒閉的連鎖風暴，不過，也有廠商笑逐顏開，賺了盆
2012年即將過去，這一年對于LED業(yè)者來說可謂喜憂參半，雖然包括中國在內(nèi)的許多國家已經(jīng)開始禁止銷售白熾燈，但是LED燈具銷售并沒有如期爆發(fā)，反而出現(xiàn)了很多燈具廠商倒閉的連鎖風暴，不過，也有廠商笑逐顏開，賺了盆滿缽滿，總體來看，今年LED市場屬于正常調(diào)整的一年，對于2013年LED照明市場，隨著取代40瓦(W)白熾燈的LED燈泡零售最低價格已達到10美元甜蜜點，產(chǎn)業(yè)界紛紛樂觀預期明年整體LED照明市場走暖，所以，現(xiàn)在業(yè)者要做的是做好技術(shù)儲備和方案選型，只待市場爆發(fā)時全力投入。這里，結(jié)合PowerIntegrations等幾家主流LED廠商最新發(fā)布的新品談談2013年LED照明方案的四個趨勢。
趨勢一：調(diào)光技術(shù)大升級，有望成為照明亮點
在LED照明應用中，調(diào)光技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)非常大，由于LED照明多采用電流驅(qū)動模式，而現(xiàn)有的調(diào)光器多是電壓調(diào)光，所以在兼容性方面的挑戰(zhàn)相當大，不過，這也是辨別方案優(yōu)劣的一個利器，在以往的LED調(diào)光方案中，常見的問題有調(diào)光范圍小、調(diào)光中突然變亮、調(diào)光低時出現(xiàn)閃爍等等，嚴重影響了用戶體驗，不過，隨著PI等公司專用方案推出，LED調(diào)光問題有望解決，以PI最新發(fā)布的LYTSwitchIC來看，已經(jīng)可以實現(xiàn)可非常出色的調(diào)光性能，即使在低導通角下也能輕松達到NEMASSL6標準，另外該驅(qū)動器的啟動速度非?？?，通常不到500毫秒，即使在開啟10%的光輸出量時其啟動速度也同樣很快，實際方案中，使用LYTSwitchIC設計的燈泡能夠以與關(guān)斷時幾乎一樣的調(diào)光角導通，這從實質(zhì)上消除了突然變亮現(xiàn)象。此外，可控硅調(diào)光中的死區(qū)也被消除，這是因為LYTSwitch控制器可以確保在調(diào)光器一開始工作時就立即進行調(diào)光。在這方面，PI號稱有專利的電路技術(shù)，方案確實優(yōu)勢很明顯。
調(diào)光技術(shù)另個挑戰(zhàn)是兼容性問題，現(xiàn)在還沒有一家方案可以做到100%兼容調(diào)光器，所以能做到90%以上就已經(jīng)很不錯了，現(xiàn)在對外宣稱能做到這個比例的就是PowerIntegrations公司，看來，PI在調(diào)光方面確實做了很多工作。隨著LED燈具逐漸普及化，調(diào)光技術(shù)的升級可以帶給用戶更多更好體驗，也會成為一個新賣點，選擇方案的時候可以關(guān)注一下這個功能。在支持調(diào)光模式上，廠商普遍支持可控硅調(diào)光和PWM調(diào)光。
趨勢二：單級電路架構(gòu)逐漸占據(jù)主流
在以往的方案中，為了獲得較好的調(diào)光特性，很多方案商采用兩級架構(gòu)，即“PFC(功率因數(shù)校正)+隔離DC/DC變換器”的架構(gòu)，這樣的設計可以有效降低電源紋波，因為有設計師認為單級PFC電路紋波太大，害怕由此引發(fā)LED的壽命、發(fā)光效率和色溫問題，因此，采用雙級電路的較多，而現(xiàn)在，隨著高開關(guān)頻率單級方案的推出，單級電路的優(yōu)勢就非常明顯了，因為在效率方面，雙級電路難以跟單級對抗，目前幾家廠商可以將單級方案做到92%以上的效率，雙級電路，通常只有85%左右的效率。
單級電路的另個優(yōu)勢是電路簡單，所以，未來采用單級電路的方案會占據(jù)主流。這也是一些業(yè)內(nèi)專家的看法。
趨勢三：集成PFC、MOSFET成為標配
以往的方案中，尤其是針對中低功率照明方案，很多廠商沒有考慮PFC電路，因為一方面是國家沒有強制要求，另一方面是會增加方案成本，不過現(xiàn)在在中低功率驅(qū)動方案中集成PFC已經(jīng)成為標配，首先這是符合節(jié)能減排的大趨勢，另外是中國政府在招標項目中率先明確提出此類要求，因此，芯片廠商紛紛跟進。
例如，PI的LYTSwitchIC將PFC和恒流(CC)集成到單個開關(guān)電路中，這樣能將典型應用中的效率提高到90%以上，功率因數(shù)大于0.95，并輕松滿足EN61000-3-2C對總諧波失真(THD)的要求。設計經(jīng)優(yōu)化后THD可低于10%。
根據(jù)麥肯錫的市場研究報告《LightingtheWay》，LED球泡燈價格以每個季度9%左右的速度下跌。為了彌補價格上下降損失，IC元器件廠商會采用高集成策略來強化驅(qū)動IC的功能，目前很多廠商采用集成MOSFET的策略，集成500V或者600VMOSFET并提供完備的保護方案，可以讓LED方案更輕巧，可靠性也有提升，目前PI的方案是集成650V和725V的高壓MOSFET。
趨勢四：無電解電容方案走向成熟
自從LED照明逐漸走熱以來，關(guān)于電解電容在照明方案中的使用爭議不斷，反對的人認為電解電容是led燈具壽命殺手，認為電解電容嚴重影響了LED燈具的壽命，而支持的人則認為，電解電容在濾除紋波方面的作用不可忽視，尤其是是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，所以支持者建議從采用高規(guī)格電解電容來解決，但這樣增加了成本和體積。難道無解了嗎？
從最新的幾款新品來看，領導廠商一致認為無電解電容方案將是未來的主流，在解決閃爍和紋波方面，各家各出奇招，例如，PI采用的趨措施是提升開關(guān)電源的頻率到132KHz，在這樣的高頻下，紋波會小很多，同時，所需的變壓器磁芯也可以減小，相應降低了成本。
當然，還要通過高集成單級方案來強化省去電解電容的效果，以PI的LYTSwitchIC為例，不但可以省去高壓大容量電解電容，還可以減少外部元件數(shù)量，從而大幅延長驅(qū)動器的使用壽命，PowerIntegrations高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理AndrewSmith就指出這樣的方案即使在高環(huán)境溫度下也可以延長LED燈具使用壽命，另外，采用精確的初級側(cè)控制可以讓驅(qū)動器獲得真正嚴格的恒流性能，在不同負載下、更寬溫度范圍內(nèi)和制造差異下的恒流調(diào)整率要優(yōu)于+/-5%，這樣本身就有助于延長LED燈具的壽命。
2013年，LED燈具將采用更多智能化照明控制將，例如通過手機或者其他設備實現(xiàn)遙控，但是，萬變不離其宗，低成本高可靠性燈具才是用戶愿意真正買單的，2012年那些豐收的廠商正是符合了這個原則。
展望2013年，LED市場將從低迷中復蘇，燈具商們，選擇好你的方案，迎接一個新的高潮市場到來吧！
趨勢一：調(diào)光技術(shù)大升級，有望成為照明亮點
在LED照明應用中，調(diào)光技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)非常大，由于LED照明多采用電流驅(qū)動模式，而現(xiàn)有的調(diào)光器多是電壓調(diào)光，所以在兼容性方面的挑戰(zhàn)相當大，不過，這也是辨別方案優(yōu)劣的一個利器，在以往的LED調(diào)光方案中，常見的問題有調(diào)光范圍小、調(diào)光中突然變亮、調(diào)光低時出現(xiàn)閃爍等等，嚴重影響了用戶體驗，不過，隨著PI等公司專用方案推出，LED調(diào)光問題有望解決，以PI最新發(fā)布的LYTSwitchIC來看，已經(jīng)可以實現(xiàn)可非常出色的調(diào)光性能，即使在低導通角下也能輕松達到NEMASSL6標準，另外該驅(qū)動器的啟動速度非?？?，通常不到500毫秒，即使在開啟10%的光輸出量時其啟動速度也同樣很快，實際方案中，使用LYTSwitchIC設計的燈泡能夠以與關(guān)斷時幾乎一樣的調(diào)光角導通，這從實質(zhì)上消除了突然變亮現(xiàn)象。此外，可控硅調(diào)光中的死區(qū)也被消除，這是因為LYTSwitch控制器可以確保在調(diào)光器一開始工作時就立即進行調(diào)光。在這方面，PI號稱有專利的電路技術(shù)，方案確實優(yōu)勢很明顯。
調(diào)光技術(shù)另個挑戰(zhàn)是兼容性問題，現(xiàn)在還沒有一家方案可以做到100%兼容調(diào)光器，所以能做到90%以上就已經(jīng)很不錯了，現(xiàn)在對外宣稱能做到這個比例的就是PowerIntegrations公司，看來，PI在調(diào)光方面確實做了很多工作。隨著LED燈具逐漸普及化，調(diào)光技術(shù)的升級可以帶給用戶更多更好體驗，也會成為一個新賣點，選擇方案的時候可以關(guān)注一下這個功能。在支持調(diào)光模式上，廠商普遍支持可控硅調(diào)光和PWM調(diào)光。
趨勢二：單級電路架構(gòu)逐漸占據(jù)主流
在以往的方案中，為了獲得較好的調(diào)光特性，很多方案商采用兩級架構(gòu)，即“PFC(功率因數(shù)校正)+隔離DC/DC變換器”的架構(gòu)，這樣的設計可以有效降低電源紋波，因為有設計師認為單級PFC電路紋波太大，害怕由此引發(fā)LED的壽命、發(fā)光效率和色溫問題，因此，采用雙級電路的較多，而現(xiàn)在，隨著高開關(guān)頻率單級方案的推出，單級電路的優(yōu)勢就非常明顯了，因為在效率方面，雙級電路難以跟單級對抗，目前幾家廠商可以將單級方案做到92%以上的效率，雙級電路，通常只有85%左右的效率。
單級電路的另個優(yōu)勢是電路簡單，所以，未來采用單級電路的方案會占據(jù)主流。這也是一些業(yè)內(nèi)專家的看法。
趨勢三：集成PFC、MOSFET成為標配
以往的方案中，尤其是針對中低功率照明方案，很多廠商沒有考慮PFC電路，因為一方面是國家沒有強制要求，另一方面是會增加方案成本，不過現(xiàn)在在中低功率驅(qū)動方案中集成PFC已經(jīng)成為標配，首先這是符合節(jié)能減排的大趨勢，另外是中國政府在招標項目中率先明確提出此類要求，因此，芯片廠商紛紛跟進。
例如，PI的LYTSwitchIC將PFC和恒流(CC)集成到單個開關(guān)電路中，這樣能將典型應用中的效率提高到90%以上，功率因數(shù)大于0.95，并輕松滿足EN61000-3-2C對總諧波失真(THD)的要求。設計經(jīng)優(yōu)化后THD可低于10%。
根據(jù)麥肯錫的市場研究報告《LightingtheWay》，LED球泡燈價格以每個季度9%左右的速度下跌。為了彌補價格上下降損失，IC元器件廠商會采用高集成策略來強化驅(qū)動IC的功能，目前很多廠商采用集成MOSFET的策略，集成500V或者600VMOSFET并提供完備的保護方案，可以讓LED方案更輕巧，可靠性也有提升，目前PI的方案是集成650V和725V的高壓MOSFET。
趨勢四：無電解電容方案走向成熟
自從LED照明逐漸走熱以來，關(guān)于電解電容在照明方案中的使用爭議不斷，反對的人認為電解電容是led燈具壽命殺手，認為電解電容嚴重影響了LED燈具的壽命，而支持的人則認為，電解電容在濾除紋波方面的作用不可忽視，尤其是是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，所以支持者建議從采用高規(guī)格電解電容來解決，但這樣增加了成本和體積。難道無解了嗎？
從最新的幾款新品來看，領導廠商一致認為無電解電容方案將是未來的主流，在解決閃爍和紋波方面，各家各出奇招，例如，PI采用的趨措施是提升開關(guān)電源的頻率到132KHz，在這樣的高頻下，紋波會小很多，同時，所需的變壓器磁芯也可以減小，相應降低了成本。
當然，還要通過高集成單級方案來強化省去電解電容的效果，以PI的LYTSwitchIC為例，不但可以省去高壓大容量電解電容，還可以減少外部元件數(shù)量，從而大幅延長驅(qū)動器的使用壽命，PowerIntegrations高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理AndrewSmith就指出這樣的方案即使在高環(huán)境溫度下也可以延長LED燈具使用壽命，另外，采用精確的初級側(cè)控制可以讓驅(qū)動器獲得真正嚴格的恒流性能，在不同負載下、更寬溫度范圍內(nèi)和制造差異下的恒流調(diào)整率要優(yōu)于+/-5%，這樣本身就有助于延長LED燈具的壽命。
2013年，LED燈具將采用更多智能化照明控制將，例如通過手機或者其他設備實現(xiàn)遙控，但是，萬變不離其宗，低成本高可靠性燈具才是用戶愿意真正買單的，2012年那些豐收的廠商正是符合了這個原則。
展望2013年，LED市場將從低迷中復蘇，燈具商們，選擇好你的方案，迎接一個新的高潮市場到來吧！
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