分析LED驅動電源現狀 展望未來發(fā)展前景

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摘要：LED是一種固體光源，當它兩端加上正向電壓，半導體中的少數載流子和多數載流子發(fā)生復合，放出的過剩能量將引起光子發(fā)射。采用不同的材料，可制成不同顏色有發(fā)光二極管。作為一種新的光源，近年來各大公司和研究機     LED是一種固體光源，當它兩端加上正向電壓，半導體中的少數載流子和多數載流子發(fā)生復合，放出的過剩能量將引起光子發(fā)射。采用不同的材料，可制成不同顏色有發(fā)光二極管。作為一種新的光源，近年來各大公司和研究機構對LED的研究方興未艾，使其光效得以大大提高，Lumiled公司目前已研發(fā)并生產出光效達到90Lm/W的白色LED，已達到白熾燈的水平。

    LED驅動電源現狀

    標準電燈正在經歷一場革命。出于保護能源和應對全球氣候變暖的考慮，美國一些州和其它一些國家開始禁止使用低能效的白熾燈泡。各種新技術正紛紛被用于替換白熾燈泡，其中緊湊型真空熒光燈(CFL)是主要替代方案。盡管這種CFL燈的功耗僅為白熾燈的20%，但卻含有有毒物質汞。相比之下，LED燈可以提供更高效和更環(huán)保的解決方案。

    LED最初的商業(yè)應用出現在上世紀七十年代，但因其光輸出極低，應用范圍也僅限于指示燈和計算器顯示屏等領域。如今，能夠產生白光的高功率LED在效率方面不斷得以提升，價格也在逐年下降，因此它已成為主流照明應用值得考慮的選擇之一。預計隨著LED技術的發(fā)展，到2012年其發(fā)光效率將達到150流明/瓦，1000流明的成本將不足5美元(資料來源：OIDA)，屆時LED有望成為室內照明的主要來源。

    2008年的北京奧運會通過眾多具體的產品形態(tài)和新技術的應用為綠色奧運、科技奧運、人文奧運等理念做了完美詮釋。LED顯示產品，在2008年北京奧運會的廣泛應用，更是光芒閃爍，為2008北京奧運會增添了絢爛異彩。

    近幾屆奧運會中，LED顯示幕都是奧運比賽場館不可或缺的主要設施。2008年北京奧運會新建和改建的體育場館數量眾多，規(guī)?？涨?，奧運場館均采用了大量LED顯示幕作為比賽實況播放和計分顯示的設備，顯示幕產品以全彩色、高解析度、數位化等為主?？梢哉f，2008年北京奧運會所采用的LED顯示產品從數量到技術水準以及應用方面都達到了一個新的里程碑，這其中眾多國內LED顯示產品制造企業(yè)擔當了重要的角色。

    通過全球LED技術領導廠商對材料、工藝和封裝技術的努力改進，高亮度LED的發(fā)光效率和性能得到了顯著提升，除了傳統(tǒng)的背光和顯示面板市場外，高亮度LED開始走向室內外普通照明、汽車內外照明、探照燈、交通燈等全新應用。這些都預示著LED驅動電源將有一個廣闊的應用前景。

    面臨的問題

    在LED大放異彩的同時，LED驅動電源器則是LED產業(yè)鏈的發(fā)展的保障，LED電源的品質直接制約了LED產品的可靠性，因此，在LED產業(yè)鏈逐步完善的今日，LED驅動電源的成熟也至關重要。就LED電源企業(yè)而言，2009年100W左右大功率電源市場的增幅將會有很大的提升。源于100W左右的LED光源與傳統(tǒng)照明光源相比有著更突出的性價比，以及很快形成產業(yè)規(guī)模的LED路燈和景觀照明市場。由于LED是特性敏感的半導體器件，又具有負溫度特性，因而在應用過程中需要對其進行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護，從而產生了驅動的概念。

    LED器件對驅動電源的要求近乎于苛刻，LED不像普通的白熾燈泡，可以直接連接220V的交流市電。LED是2～3伏的低電壓驅動，必須要設計復雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。國際市場上國外客戶對LED驅動電源的效率轉換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高，設計一款好的電源必須要綜合考慮這些因數，因為電源在整個燈具中的作用就好比像人的心臟一樣重要。

    2009年，雖然金融危機對世界經濟的影響很大，但是歐美等國際市場對大功率LED電源的需求量還是很大，相應的高端LED產品的出口量受金融危機影響較小。2008年中國LED應用產品產值已超過450億元RMB，LED示范應用路燈、LED全彩顯示屏顯示器件、太陽能LED、景觀照明、消費類電子背光、信號、指示等應用仍然是主要應用領域。

    但是在市場一片繁榮的背景下，LED產品質量良莠不齊，對驅動電源的要求混亂，市場上LED產品如火如荼的發(fā)展態(tài)勢下，就LED驅動電源企業(yè)而言，目前面臨幾個挑戰(zhàn)。首先是驅動電路整體壽命，尤其是關鍵器件如電容在高溫下的壽命直接影響到電源的壽命。其次是LED驅動器應挑戰(zhàn)更高的轉換效率，尤其是在驅動大功率LED時更是如此，因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散，電源轉換效率的過低，影響了LED節(jié)能效果的發(fā)揮。第三，以大調光比高效率地對LED調光，同時能夠保證在高和低亮度時顏色特性恒定。同時要降低成本，目前在功率較小(1～5W)的應用場合，恒流驅動電源成本所占的比重已經接近1/3，已經接近了光源的成本，一定程度上影響了市場推廣。

    展望未來

    從目前市場了解來看，LED日光燈管式結構應用會較好發(fā)展。從家居照明來看，合適的照明強度還是需要10W以上節(jié)能燈具產品。熒光燈大多在7～15W功率，節(jié)能型日光燈在20～40W功率。如果用LED集中設計10W以上的功率，散熱會令我們很頭痛，也是影響成本的重要因數,顯然像燈泡結構式的產品很不適合LED應用。像射燈這樣產品不大可能規(guī)模量產民用。日光燈管式結構符合LED散熱要求，也符合現有燈具接口方式。

    廠商從成本考量，大多設計功率在20W以內的LED燈管，從不斷增長的LED亮度來說20W符合未來LED照明光源發(fā)展要求，待LM值達到150LM/W時，才是LED照明大呼節(jié)能輝煌時代!未來的方式是，先恒壓，再線性恒流整合方式。電壓保證在一定范圍內適應負載需要，按LED有不同的Vf值3～3.6V之間，那按LED實際數量乘于3V計算出最低值，再按3.6V電壓乘于數量計算出最大可能電壓值，最終確定電源部分需要調整的電壓范圍。再線性恒流源后端恒流，可以多路恒流源并聯(lián)使用，也可以單路多個恒流源增加電流使用。前端電壓源部分采樣檢測恒流源壓差，調整合適負載需求電壓，從而達到高效、靈活的驅動線路需求。

    恒流源需要低壓差線性恒流器件，線性恒流源有著很好的電流誤差，也會有很好的灰度表現。在小電流時可以有1～3V的壓差，在大電流方面必須要200～300mV低壓差，才會有較高的效率，那樣線性恒流源需要另外供電?？傊S著技術的不斷完善，我們的日常生活回因LED而變得多姿多彩。

    隨著對LED研究的進一步深入，其光效將進一步得到提高，而其成本將進一步下降，在不久的將來LED取代白熾燈甚至熒光燈而發(fā)展成21世紀的一種主要的照明光源將成為一種趨勢。

    與熒光燈的電子鎮(zhèn)流器不同，LED驅動電路的主要功能是將交流電壓轉換為恒流電源，并同時完成與LED的電壓和電流的匹配。

    從LED的伏安曲線及數字模型看，LED在正向導通后其正向電壓的細小變動將引起LED電流的很大變化，并且，環(huán)境溫度，LED老化時間等因素也將改變影響LED的電氣性能。而LED的光輸出直接與LED電流相關，所以LED驅動電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動的情況下最好能控制LED電流的大小。否則，LED的光輸出將隨輸入電壓和溫度等因素變化而變化，并且，若LED電流失控，LED長期工作在大電流下將影響LED的可靠性和壽命，并有可能失效。