LED通用照明商用化進(jìn)程及解決方案

　在節(jié)能環(huán)保趨勢下，LED照明已成為眾多規(guī)范機(jī)構(gòu)的目標(biāo)，如美國能源部“能源之星”計(jì)劃的1.1版固態(tài)照明標(biāo)準(zhǔn)已于2009年2月生效，中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院據(jù)悉也準(zhǔn)備在2010年發(fā)布中國版本的LED照明能效標(biāo)準(zhǔn)。預(yù)計(jì)到2012年，LED驅(qū)動器及相關(guān)分立器件的市場規(guī)模將從2008年的約6.88億美元增長至13.08億美元，年復(fù)合增長率高達(dá)17.4%.

　　LED通用照明仍處起步階段

　　盡管LED前景現(xiàn)在被炒得火熱，但相關(guān)數(shù)據(jù)卻顯示，在以電燈泡和熒光燈管替代、嵌燈、街燈及停車燈、工作照明燈（臺燈、櫥柜內(nèi)照明）等為主的通用照明市場中，LED照明應(yīng)用比例仍不足1%.以室外LED路燈照明為例，當(dāng)前大多僅作為政府示范工程，真正的商用普及似乎仍需假以時(shí)日。

　　安森美半導(dǎo)體（OnSemi）香港及中國高級應(yīng)用經(jīng)理鄭宗前認(rèn)為，LED路燈之所以能夠作為示范工程，當(dāng)然首先取決于其發(fā)光效率高，燈具反射損失低，不需要高壓，無汞，安全性更高等特點(diǎn)；其次，相比普通照明，LED燈具更易于加入數(shù)字或模擬調(diào)光功能，便于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，而且在多霧、雨天等特殊情況下可以提供超高亮度及顯色性的照明。此外，在鋪設(shè)成本、耗電成本以及壽命方面，LED路燈均大幅優(yōu)于高壓鈉燈。

　　但同時(shí)，其造價(jià)相對較高、電源可靠性不強(qiáng)、以及射程短，不利于在較高高度下工作等問題仍是阻礙LED路燈迅速發(fā)展的重要因素。另一方面，政府如果能及時(shí)出臺LED道路照明標(biāo)準(zhǔn)，那么也將是普及推廣LED路燈非常有力的手段。

　　飛兆半導(dǎo)體（Fairchild）PLM照明技術(shù)市場推廣高級經(jīng)理李應(yīng)佑表示，采用LED路燈照明是政府能效工程的一部分，升級不僅包括替換燈泡，還包括使用長壽命的整流器等。“升級的首個(gè)步驟是在新開發(fā)的區(qū)域安裝LED路燈，然后再逐步替代現(xiàn)有的舊式路燈照明。預(yù)計(jì)在未來五年，現(xiàn)今的大部分路燈將會被LED照明所替代。”

　　ADI華中地區(qū)銷售經(jīng)理張靖則認(rèn)為，相比室外照明，LED室內(nèi)照明更是處在起步階段，目前性價(jià)比不高，這一方面是因?yàn)榱髅鞒杀咎?，另一方面也是因?yàn)長ED室內(nèi)照明的產(chǎn)品種類太少，照明設(shè)計(jì)人員苦于無從選取，而給室內(nèi)照明產(chǎn)品的推廣設(shè)定了障礙。他給出的建議是，LED室內(nèi)照明產(chǎn)品的開發(fā)和推廣應(yīng)注重產(chǎn)品家族化、整合化、智慧化和人性化，提高發(fā)光效率與光通量利用率，最大限度地降低整體綜合照明成本。[!--empirenews.page--]

　　挑戰(zhàn)關(guān)鍵詞：“熱”、“驅(qū)動”和“成本”

　　美信（Maxim）業(yè)務(wù)經(jīng)理PieroBianco認(rèn)為，“外形尺寸”和“電氣兼容”是LED燈能否獲得成功普及的關(guān)鍵因素。“道理很簡單，換代燈必須能夠安裝到前期燈源的框架內(nèi)，當(dāng)然，還必須能夠在現(xiàn)有的電氣架構(gòu)上正常工作，確保不會發(fā)生燈光閃爍。”

　　他進(jìn)一步解釋說，現(xiàn)有框架對換代燈提出了物理限制（即驅(qū)動板必須足夠?。┖蜔嵯拗埔蟆＿@些因素制約了設(shè)計(jì)人員更換照明方案的條件（例如PAR、R和A型規(guī)格），尺寸越小的應(yīng)用所面臨的困難越大，例如MR16和GU10.而相比尺寸因素，熱限制往往更加關(guān)鍵，因?yàn)榕c其它技術(shù)不同，LED只發(fā)射可見光，并不產(chǎn)生紅外波輻射能量。因此，LED比白熾燈或鹵素?zé)舻哪苄Ц撸^大多數(shù)熱量通過燈內(nèi)導(dǎo)體耗散。

　　“考慮到散熱是制約燈管光強(qiáng)的關(guān)鍵因素，而目前在照明換代產(chǎn)品中使用的LED技術(shù)又很難達(dá)到主流市場所能接受的亮度水平。因此為了突破亮度限制，就必須要解決散熱問題，這也是產(chǎn)品成功地走向商業(yè)化必不可少的條件。”Piero強(qiáng)調(diào)說。

　　散熱影響的不僅是光強(qiáng)，還將直接影響到驅(qū)動板的使用壽命。Piero表示，為了發(fā)出更高光強(qiáng)，照明燈必須工作在相當(dāng)高的溫度下（+80℃至+100℃）。而這種溫度下，驅(qū)動板的壽命會限制整個(gè)照明燈的性能，特別是電解電容成為設(shè)計(jì)面臨的一個(gè)棘手問題。因?yàn)殡娊怆娙菰诟邷叵聲芸旄稍?，?dǎo)致其工作壽命不會超過數(shù)千小時(shí)，這也成為制約整個(gè)照明燈使用壽命的因素。

　　凌力爾特（Linear）公司電源產(chǎn)品產(chǎn)品市場總監(jiān)TonyArmstrong則分析說，LED驅(qū)動器電路的選擇在很大程度上取決于輸入電壓范圍、LED串本身的累積電壓降、以及足以驅(qū)動LED所需的電流，這導(dǎo)致了多種不同的可行LED驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。“但無論哪種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，優(yōu)化過的LED驅(qū)動對于LED產(chǎn)品的可靠性和壽命來說非常重要。”

　　而在鄭宗前看來，除了目前LED的光品質(zhì)與傳統(tǒng)照明相比仍有差距外，另一個(gè)不容忽視的問題是，由于LED照明關(guān)系到電、光、熱、機(jī)械等方面的復(fù)雜設(shè)計(jì)，目前缺乏統(tǒng)一設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，直接導(dǎo)致現(xiàn)在市場上的LED照明產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，這也是其中一個(gè)短期內(nèi)較難被大眾接受的原因。

　　除了文中提到的困難和挑戰(zhàn)，成本壓力當(dāng)然也無法回避。對此，鄭宗前和李應(yīng)佑兩人均表示：“相比傳統(tǒng)照明使用的CFL燈或白熾燈，目前LED燈的價(jià)格仍然昂貴，也在很大程度上阻礙了LED照明的發(fā)展。高可靠性在成為LED照明關(guān)鍵因素的同時(shí)，也加重了系統(tǒng)成本壓力。”[!--empirenews.page--]

　　LED照明解決方案

　　Piero著重介紹了Maxim針對120VAC/230VAC輸入和12VAC輸入照明燈推出的LED驅(qū)動方案。據(jù)悉，該類方案采用單級轉(zhuǎn)換，通過對輸入電流整形，可以使照明燈在調(diào)光狀態(tài)下也不會發(fā)生閃爍，并同時(shí)兼容于雙向三端可控硅和后沿調(diào)光器及電子變壓器設(shè)計(jì)。另一方面，由于無需電解電容，不但有助于縮小方案尺寸，使驅(qū)動板能夠安裝到小尺寸換代燈框架內(nèi)，還能夠使LED燈的壽命從通常的低于10,000小時(shí)延長到90,000小時(shí)。

　　李應(yīng)佑則建議根據(jù)應(yīng)用的功率額定值，選擇四種拓?fù)浣鉀Q方案：

　　*由于小PCB面積和低BOM成本是使用球型嵌入燈泡的重要因素，因此PSR反激解決方案主要面向低功率應(yīng)用（《15W）。其獨(dú)特的賣點(diǎn)是飛兆專有的TRUECURRENT技術(shù)，可將CC/CV變化減小至+-5%,且無需次級端反饋電路并可選擇內(nèi)置MOSFET器件，能夠減小PCB尺寸。

　　*帶有CRMPFC控制器的單級PFC反激解決方案則主要針對中等范圍功率應(yīng)用（《40W），據(jù)稱能夠支持高效率、高功率因素、低THD和低材料清單成本。

　　*在面向高功率應(yīng)用（40W~）時(shí)，用于《100W應(yīng)用的PFC+反激解決方案、以及用于》100W應(yīng)用的PFC+LLC半橋解決方案都是不錯(cuò)的選擇。且后者由于采用零電壓開關(guān)（ZVS）技術(shù)，可將效率提高至90%以上。

　　安森美也同樣擁有適用于不同功率AC-DC供電的LED通用照明方案。以其NCL3000為例，這是一款單段式功率因數(shù)校正TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動器，用于8W-25W功率的住宅及商業(yè)AC-DC供電LED照明應(yīng)用，使用CrM反激架構(gòu)，以單段式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)提供大于0.95的高功率因數(shù)，因而省卻了DC-DC轉(zhuǎn)換段。此外，單段式PFCLED驅(qū)動器NCL30001、CrMPFC+QRPWM驅(qū)動器NCP1607+NCP1377,以及CrMPFC+LLCPWM驅(qū)動器NCP1607+NCP1397或NCP1392/3則主要面向功率》50W的街道照明及大功率區(qū)域照明應(yīng)用，典型能效可超過92%.

　　ADI則將重點(diǎn)放在AD轉(zhuǎn)換器上，其多種12-16位ADC均適合在LED路燈和室內(nèi)照明中應(yīng)用。例如：AD7457、AD7466、以及實(shí)現(xiàn)CDC（電容到數(shù)字轉(zhuǎn)換）功能的AD7153、AD7745,可實(shí)現(xiàn)LED的自動開關(guān)，達(dá)到節(jié)電功能。