采用高壓LED來開發(fā)LED通用照明燈具產品,總體功耗可以大大降低,從而大幅降低對散熱外殼的設計要求,如我們可用更薄更輕的鋁外殼就可滿足 LED燈具的散熱需求,由于散熱鋁外殼的成本是LED照明燈具的主要成本組成部分之一,鋁外殼成本有效降低也意味著整體LED照明燈具成本的有效降低。比較二樣,低壓LED芯片由于無法最大程度體現芯片驅動,將被逐漸淘汰。
LED照明優(yōu)勢無法體現關鍵在于低壓驅動芯片
LED光源使用壽命長、節(jié)能省電、應用簡單方便、使用成本低,因而在家庭照明都將得到海量的應用。LED光源的技術日趨成熟,每瓦發(fā)光流明迅速增長,促使其逐年遞減降價。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VFXN或VFX1,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。LED燈具對低壓驅動芯片的要求:
1、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。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。
2、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工藝。
3、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、早出產品,贏的機會多多。
4、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;AC12V或24V輸入時簡單的橋式整流器輸出電壓會隨電網電壓波動,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,往往在電網電壓升高時會被擊穿,LED光源也因此被燒毀。
5、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。
6、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線上生產才能有效和有序;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,保持最終產品的一致性。
低壓LED芯片不適應LED通用照明市場將被淘汰
LED通用照明市場今天之所以吊足了大家的胃口,吸引了這么多人的關注,原因不外乎以下三方面,第一,它的市場夠大;第二,今年底或明年初,LED通用照明市場的元年就將來到,亦即LED照明燈具占總體照明燈具的比例將超過10%;第三,與白熾燈、熒光燈和節(jié)能燈市場基本上被GE、飛利浦和OSRAM等少數幾家供應商壟斷不同,今天這些大燈具供應商生產的LED照明燈具只占全部燈具市場的10%左右,亦即LED通用照明市場還不是一個壟斷市場,大家都還有機會在里面玩。
不過,今天大多數LED芯片供應商面臨一個出局的危險,因為他們今天生產的低壓LED芯片將越來越難以賣進LED通用照明市場。為什么呢?因為高壓LED出現了,高壓LED相比低壓LED有二大明顯競爭優(yōu)勢:
第一,在同樣輸出功率下,高壓LED所需的驅動電流大大低于低壓LED。如以晶元光電的高壓藍光1WLED為例,它的正向壓降高達50V,也即它只需20mA驅動電流就可以輸出1W功率,而普通正向壓降為3V的1WLED,需要350mA驅動電流才能輸出1W功率,因此同樣輸出功率的高壓LED 在工作時耗散的功率要遠低于低壓LED,這意味著散熱鋁外殼的成本可大大降低。
第二,高壓LED可以大幅降低AC-DC轉換效率損失。以10W輸出功率為例,如果采用正向壓降為50V的1W高壓LED,輸出端可以采取2并 4串的配置,4個串聯LED的正向壓降為200V,也就是說只需從市電220V交流電(AC)利用橋式整