一、LED 驅(qū)動電源的使用現(xiàn)狀分析
標(biāo)準(zhǔn)電燈正在經(jīng)歷一場革命。出于保護(hù)能源和應(yīng)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(shù)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(zhì)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(yīng)用出現(xiàn)在上世紀(jì)七十年代，但因其光輸出極低，應(yīng)用范圍也僅限于指示燈和計算器顯示屏等領(lǐng)域。如今，能夠產(chǎn)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(yīng)用值得考慮的選擇之一。預(yù)計隨著LED 技術(shù)的發(fā)展，到2012年其發(fā)光效率將達(dá)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(nèi)照明的主要來源。
2008年的北京奧運會通過眾多具體的產(chǎn)品形態(tài)和新技術(shù)的應(yīng)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(chǎn)品，在2008 年北京奧運會的廣泛應(yīng)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(shè)施。2008年北京奧運會新建和改建的體育場館數(shù)量眾多，規(guī)模空前，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(shè)備，顯示幕產(chǎn)品以全彩色、高解析度、數(shù)位化等為主。
可以說，2008 年北京奧運會所采用的LED 顯示產(chǎn)品從數(shù)量到技術(shù)水準(zhǔn)以及應(yīng)用方面都達(dá)到了一個新的里程碑，這其中眾多國內(nèi)LED 顯示產(chǎn)品制造企業(yè)擔(dān)當(dāng)了重要的角色。通過全球LED 技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商對材料、工藝和封裝技術(shù)的努力改進(jìn)，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(nèi)外普通照明、汽車內(nèi)外照明、探照燈、交通燈等全新應(yīng)用。這些都預(yù)示著LED 驅(qū)動電源將有一個廣闊的應(yīng)用前景。
二、LED 驅(qū)動電源面臨的問題解讀
在LED 大放異彩的同時，LED 驅(qū)動電源器則是LED 產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展的保障，LED 電源的品質(zhì)直接制約了LED 產(chǎn)品的可靠性，因此，在LED 產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善的今日，LED 驅(qū)動電源的成熟也至關(guān)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(chǎn)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(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性，因而在應(yīng)用過程中需要對其進(jìn)行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護(hù)，從而產(chǎn)生了驅(qū)動的概念。
LED 器件對驅(qū)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(qū)動，必須要設(shè)計復(fù)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(qū)動電源的效率轉(zhuǎn)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(shè)計一款好的電源必須要綜合考慮這些因數(shù)，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(jīng)濟(jì)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(yīng)的高端LED 產(chǎn)品的出口量受金融危機影響較小。2008 年中國LED 應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過450億元RMB，LED 示范應(yīng)用路燈、LED 全彩顯示屏顯示器件、太陽能L E D 、景觀照明、消費類電子背光、信號、指示等應(yīng)用仍然是主要應(yīng)用領(lǐng)域。但是在市場一片繁榮的背景下，LED產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，對驅(qū)動電源的要求混亂。
市場上LED 產(chǎn)品如火如荼的發(fā)展態(tài)勢下，就LED 驅(qū)動電源企業(yè)而言，目前面臨幾個挑戰(zhàn)。
首先是驅(qū)動電路整體壽命，尤其是關(guān)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(qū)動器應(yīng)挑戰(zhàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，尤其是在驅(qū)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(zhuǎn)換效率的過低，影響了LED 節(jié)能效果的發(fā)揮。
第三，以大調(diào)光比高效率地對LED 調(diào)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(yīng)用場合，恒流驅(qū)動電源成本所占的比重已經(jīng)接近1/3，已經(jīng)接近了光源的成本，一定程度上影響了市場推廣。
三、LED 驅(qū)動電源的展望
從目前市場了解來看，LED 日光燈管式結(jié)構(gòu)應(yīng)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(chǎn)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(shè)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(shù),顯然像燈泡結(jié)構(gòu)式的產(chǎn)品很不適合LED 應(yīng)用。像射燈這樣產(chǎn)品不大可能規(guī)模量產(chǎn)民用。日光燈管式結(jié)構(gòu)符合LED 散熱要求，也符合現(xiàn)有燈具接口方式。
廠商從成本考量，大多設(shè)計功率在20W 以內(nèi)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(dá)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(nèi)適應(yīng)負(fù)載需要，按LED 有不同的Vf 值3～3.6V之間，那按LED 實際數(shù)量乘于3V 計算出最低值，再按3.6V電壓乘于數(shù)量計算出最大可能電壓值，最終確定電源部分需要調(diào)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(diào)整合適負(fù)載需求電壓，從而達(dá)到高效、靈活的驅(qū)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(xiàn)。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。總之，隨著技術(shù)的不斷完善，我們的日常生活回因LED 而變得多姿多彩。
四、“問天量子”LED驅(qū)動電源及保護(hù)芯片
針對LED電源現(xiàn)狀，安徽問天量子科技股份有限公司推出的“LED全串聯(lián)恒流驅(qū)動電源 ”+ “保護(hù)芯片” 可以為行業(yè)客戶提供當(dāng)前最優(yōu)的解決方案。具體如下：
LED照明需要考慮亮度、成本、節(jié)能以及壽命，隨著LED自身工藝的進(jìn)步，LED壽命在正常工作條件下可達(dá)10萬小時，這時LED驅(qū)動電源是影響和限制LED壽命的主要因素，其中包括隔離、PFC（功率因素校正）、恒流精度、電路效率，以及瞬態(tài)過壓沖擊、各種外界浪涌脈沖電流，以及正常工作時的電流紋波等。
LED驅(qū)動電源按其驅(qū)動方式可分為恒流驅(qū)動和恒壓驅(qū)動。其中，恒流驅(qū)動電路輸出電流恒定，電壓隨負(fù)載的不同在一定范圍內(nèi)變化；而穩(wěn)壓驅(qū)動電路則是輸出電壓恒定，而電流隨負(fù)載的不同在一定范圍內(nèi)變化。由于大功率LED是一種具有典型PN結(jié)特性的半導(dǎo)體發(fā)光器件，其發(fā)光強度是由LED的驅(qū)動電流決定的，電流過強會引起LED的衰減，并降低壽命，電流過弱則又會影響發(fā)光強度。當(dāng)LED正向?qū)〞r，正向電壓的微小變化便會引起LED電流的巨大變化，由于LED自身是大功率照明器件，其結(jié)電壓溫度系數(shù)為-2mV/℃，對于穩(wěn)壓驅(qū)動電源，LED的溫度升高時，工作電流會明顯變大，出現(xiàn)越點越亮的現(xiàn)象，從而加速LED老化，因此需要恒流驅(qū)動LED來保證使用其亮度、色度、光衰和壽命的一致性和安全性，同時對防老化起到重要的作用。
因此，恒流驅(qū)動電源是最理想的LED驅(qū)動方式，這樣，基本上不受LED數(shù)量及連接方式的限制和困擾，也不再需要研發(fā)多到數(shù)不清型號的驅(qū)動電源。對于大功率LED的并聯(lián)、串并聯(lián)等混聯(lián)型的連接方式，從根本上講，一定存在分支LED的亮度、色度、光衰和壽命等的一致性問題，只要其中有一顆LED出現(xiàn)短路或開路時，整個LED負(fù)載都將出現(xiàn)一定的問題。
采用全串聯(lián)方式驅(qū)動LED，則不存在上述問題。即使當(dāng)LED的一致性差別較大時，分配在不同LED兩端的電壓不同，但通過每顆LED的電流相同，LED的亮度一致，光衰、壽命等都均勻。并且由于串聯(lián)電流一般很小，只有350mA，同樣輸出功率條件下，器件的發(fā)熱可以大大降低，電路效率可以大大提高，從而做到綠色節(jié)能。
唯一可能擔(dān)心的問題是，當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良斷開后，串聯(lián)在一起的LED將全部不亮。解決的辦法是采用LED保護(hù)芯片，一旦某一顆LED斷開時，LED保護(hù)芯片自動導(dǎo)通，提供旁流通路，由于LED驅(qū)動器采用恒流輸出，電流保持不變，不影響余下所有LED正常可靠工作。由于LED保護(hù)芯片的性能不同，早期保護(hù)芯片自身在LED正常工作時就存在漏電流，約0.1mA~1mA，存在一定的無用功耗，我們公司最新研發(fā)的保護(hù)芯片L11在LED正常工作時的漏電流為0.1uA~0.2uA，幾乎完全不產(chǎn)生無用功耗，導(dǎo)通壓降僅為1.18V(對應(yīng)電流350mA)。采用保護(hù)芯片L11可以有效的降低了無用功耗，提高了電路效率，在提高了可靠性的同時大大節(jié)省能源。
另外，由于大功率LED自身抗浪涌電流和抗反向電壓能力都很差，加強這方面的保護(hù)也非常重要，除了要求LED驅(qū)動電源要有抗瞬態(tài)過壓和抑制浪涌侵入的功能以外，給LED自身添加一道保護(hù)符使其不被損壞也是必須的，L11給LED提供了抗瞬態(tài)過壓、抑制浪涌電流和反向靜電限壓保護(hù)的能力。
1、LED全串聯(lián)
當(dāng)LED的一致性差別較大時，分配在不同的LED兩端電壓不同，通過每顆LED的電流相同，LED的亮度一致，色度一致，光衰、壽命等都非常均勻。采用保護(hù)芯片可以有效的降低無用功耗，提高電路效率，在提高可靠性的同時大大節(jié)省能源，從而綠色節(jié)能環(huán)保。
2、LED全并聯(lián)
分配在所有LED兩端電壓相同，當(dāng)LED的一致性差別較大時，通過每顆LED的電流不一致，分支LED的亮度也不同，這樣LED的亮度、色度、光衰和壽命的一致性存在問題，同時由于輸出電流很大，有源器件發(fā)熱嚴(yán)重，電路效率受到影響，可靠性大大降低。
3、LED混聯(lián)
串并聯(lián)的LED數(shù)量一般采用平均分配，并且要盡可能挑選一致性好的LED使用，才能保證支路和單個LED的電流也相近，從而盡量保證LED的亮度、色度、光衰和壽命的一致性。當(dāng)任意一顆LED出現(xiàn)品質(zhì)不良短路或開路時，整個LED的工作狀態(tài)發(fā)生改變，一般只能通過串聯(lián)個數(shù)少并聯(lián)支路多的方法解決，盡可能不去影響其余LED的正常工作，從而要求輸出電流很大，導(dǎo)致有源器件發(fā)熱嚴(yán)重，電路效率大大降低，可靠性受到影響。
而采用問天量子的“LED全串聯(lián)恒流驅(qū)動電源 ”+ “保護(hù)芯片”完全可以讓LED全串聯(lián)模式得以實現(xiàn)，并且可以延長LED燈珠的使用壽命，從而提升行業(yè)廠商的產(chǎn)品美譽度和競爭力。