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從市場需求看LED照明電路設(shè)計(jì)

中國視聽網(wǎng)資訊 更新時(shí)間:2012-5-7 9:34:05  編輯:清風(fēng)  [ ]     手機(jī)訪問

  LED照明雖然后勢看好,產(chǎn)業(yè)界也在LED芯片領(lǐng)域投入不少心力,但就電路設(shè)計(jì)而言,它仍然是驅(qū)動(dòng)LED光源的重要角色,即便芯片與封裝作得再好,電路設(shè)計(jì)不佳也是徒勞,概括來看,LED照明的電路設(shè)計(jì)仍不脫體積、成本幾個(gè)基本的重點(diǎn),但PFC也是重要的參考指標(biāo)之一。

    從整體的LED照明系統(tǒng)來觀察,LED芯片與封裝領(lǐng)域占了整體成本相當(dāng)高的比重,不過,電路設(shè)計(jì)雖然比重不高,但畢竟是訴求節(jié)能省碳的關(guān)系,如何在功耗上能降低其功耗就成了系統(tǒng)業(yè)者必須思考的課題,但另一方面,LED照明也面臨到成本、使用壽命與體積等諸多設(shè)計(jì)要求,在同時(shí)面臨諸多要求的情況下,系統(tǒng)業(yè)者也將壓力轉(zhuǎn)嫁給半導(dǎo)體業(yè)者,也讓半導(dǎo)體業(yè)者在解決方案的提供上也面臨了些挑戰(zhàn)。安森美半導(dǎo)體運(yùn)算暨消費(fèi)性產(chǎn)品事業(yè)群技術(shù)營銷經(jīng)理林志彥指出,就他本人觀察,照明業(yè)者對(duì)于電路設(shè)計(jì)是相當(dāng)陌生的,這一類的問題,通常會(huì)交由半導(dǎo)體業(yè)者來想辦法解決,而照明業(yè)者能花更多的心力在機(jī)構(gòu)、光學(xué)、散熱與外型設(shè)計(jì)上,以達(dá)事半功倍之效。

    林志彥進(jìn)一步指出,由于照明業(yè)者對(duì)于電路設(shè)計(jì)相當(dāng)陌生,但為了配合外型或是機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)等要求,半導(dǎo)體業(yè)者必須站在配合的角度盡可能協(xié)助客戶解決所有的問題,加上又需要快速量產(chǎn),在開發(fā)電路板的設(shè)計(jì)上,也盡可能朝向能以“馬上出貨”為目標(biāo),盡可能在最短時(shí)間進(jìn)入出貨的流程。

    應(yīng)用不同電路設(shè)計(jì)概念也略有差異

    LED照明的應(yīng)用領(lǐng)域大致上可分為室內(nèi)、室外與車用照明等類型,雖然這三類領(lǐng)域仍可細(xì)分相當(dāng)多的類別,但總歸來看,電路設(shè)計(jì)并無太大的差異,較具有差異性的,大多是在作業(yè)溫度、系統(tǒng)體積、可靠度與成本等因素。舉例來說,室內(nèi)照明應(yīng)用,像是家用或是商用領(lǐng)域,就會(huì)較為注意成本與系統(tǒng)體積問題,若是室外照明,可能較不需要考慮到成本,但在作業(yè)溫度與可靠度等,就會(huì)相對(duì)來得重要。至于車用照明,雖然無需AC-DC組件的幫助,但畢竟與人身安全有高度關(guān)聯(lián),在可靠性與壽命等方面也就會(huì)格外要求。

    室內(nèi)與室外要求不同

    室外照明與室內(nèi)相較,其作業(yè)環(huán)境較為嚴(yán)苛,供貨業(yè)者的水平落差較大,而現(xiàn)階段的室外照明也尚無一個(gè)較為明確的標(biāo)準(zhǔn),預(yù)期未來室外照明市場要進(jìn)一步成長,仍然需要一段時(shí)間。但撇開外在環(huán)境不談,事實(shí)上,室外照明的功率需求較高,其主要的原因在于LED燈較多,進(jìn)行串聯(lián)后,功率也會(huì)隨之增加,若是以并聯(lián)方式進(jìn)行,也會(huì)面臨到導(dǎo)通電壓的問題,因此若要往室外照明發(fā)展,其解決方案必須相對(duì)完整,才能滿足設(shè)計(jì)要求。

    室內(nèi)與室外照明都會(huì)需要AC-DC組件,來進(jìn)行交直流電的轉(zhuǎn)換,但仍需DC-DC的協(xié)助以點(diǎn)亮LED光源,雖然兩類組件都相當(dāng)重要,但前者必須承載110V或220V的高電壓,就進(jìn)入門坎來說較為不易,后者進(jìn)入門坎低,競爭則較為激烈。

    IR(國際整流器公司)LED部門經(jīng)理Peter Green表示,室內(nèi)和室外的LED照明都會(huì)選用脫機(jī)電路,且一般取決于的功率大小和應(yīng)用的安全要求。在低功率應(yīng)用,不是在不用隔離的情況下使用降壓轉(zhuǎn)換器,就是需要隔離但采用返馳式轉(zhuǎn)換器。外部裝置可能更需要隔離,因?yàn)樗鼈儽仨毮軌蚍莱保苑乐闺姄舻娘L(fēng)險(xiǎn)。

    在更大型的LED照明器具中,如街道照明,其功率一般超過50W,相關(guān)的隔離型設(shè)計(jì)將很可能采用一個(gè)包括前端和后端級(jí)的二級(jí)電源架構(gòu)。前端級(jí)將提供功率因子校正,而后端級(jí)將提供隔離和調(diào)節(jié)電流,以驅(qū)動(dòng)LED負(fù)載。

    就電路設(shè)計(jì)上,室外與室內(nèi)照明并無太大差異,主要的差別是在作業(yè)溫度上,大約需要到攝氏85度到105度左右,但若是日本地區(qū),可能就要高達(dá)125度的水平,可見光以室外的作業(yè)溫度要求,其門坎就相當(dāng)?shù)母摺J彝庹彰鞒俗鳂I(yè)溫度特別要求外,在安規(guī)上也幾乎可與工業(yè)等級(jí)比擬,不論是在可靠度、產(chǎn)品壽命或是預(yù)防雷亟等,這些也都是室外照明所需要考慮到的地方。 車用照明要求有別安全仍是首要考慮

    至于在車用照明方面,也會(huì)有溫度方面的要求,美國國家半導(dǎo)體(NS)亞太區(qū)資深市場工程師陳廣基表示,車用照明無需使用AC(交流電),是直接采用12V的DC(直流電),電路設(shè)計(jì)上相對(duì)容易,但一般的車用照明溫度要求大致上為攝氏105度左右,加上溫度的變化會(huì)影響供電的穩(wěn)定性,再者,應(yīng)用環(huán)境是屬于車用領(lǐng)域,也要考慮到安全性、可靠度、壽命與穩(wěn)定度等相關(guān)要求,因此電路設(shè)計(jì)的難度并不亞于其他應(yīng)用領(lǐng)域。

    Peter Green也補(bǔ)充說明指出,汽車用LED驅(qū)動(dòng)器采用低壓DC電源,這些應(yīng)用在尾燈、內(nèi)燈、前燈和顯示背光燈之間有相當(dāng)大的分別。對(duì)部分的應(yīng)用來說,低電流LED使用簡單線性調(diào)整已經(jīng)足夠。在其他情況下,如在功率相對(duì)較高的前燈應(yīng)用中,就需要一個(gè)切換式電源供應(yīng)器,并且可以采用幾種可能的電路拓樸,包括升壓、降壓-升壓或SEPIC。這樣的LED驅(qū)動(dòng)器需要能夠承受汽車中可能出現(xiàn)的高浪涌電壓。

    PFC要求各異但方向趨于一致

    值得一提的是,由于PFC(功率因子校正)也成為LED照明所在意參考數(shù)值之一,PFC值愈高,會(huì)讓電路設(shè)計(jì)愈加復(fù)雜,也在無形中增加成本,但此一作法,也會(huì)犧牲系統(tǒng)面積,這對(duì)于家用或是商業(yè)照明的照明系統(tǒng)有著相當(dāng)高的設(shè)計(jì)難度,尤其是在日本,PFC數(shù)值的要求也一直在提高,這也讓半導(dǎo)體業(yè)者大傷腦筋。

    恩智浦半導(dǎo)體(NXP)大中華區(qū)照明產(chǎn)品營銷資深經(jīng)理陳嶸認(rèn)為,不同國家所制定的政策法規(guī)各有差異,像是日本的政策運(yùn)行時(shí)間較早,不論是T5、T8都已開始陸續(xù)導(dǎo)入LED光源,同時(shí)也嘗試將LED照明加上智能化或是無線射頻等功能,以提升LED照明的附加價(jià)值,也因?yàn)槿绱耍偌由先毡鹃L久以來一直都握有LED的關(guān)鍵專利,若是外來的半導(dǎo)體業(yè)者要進(jìn)入日本市場,就勢必會(huì)面臨兼容性的問題,這一點(diǎn)就并非所有的一線半導(dǎo)體業(yè)者能夠辦到。

    陳嶸也進(jìn)一步指出,近來韓國在LED照明上,也有相當(dāng)多的著墨,在標(biāo)準(zhǔn)制定上所訂定的PFC也必須高達(dá)0.9以上,此一舉動(dòng),也提高了進(jìn)入門坎,不過由于亞洲區(qū)域的LED照明發(fā)展?fàn)顩r,大多都由政府來主導(dǎo),PFC值的提高,意味著電路成本也會(huì)增加,就總體發(fā)展來說,不甚有利,未來政府的態(tài)度仍然是亞洲LED照明市場發(fā)展的觀察指標(biāo)之一。

    從應(yīng)用面上來看,PFC的確是LED照明電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)之一,就功率上來看,15瓦以下的照明應(yīng)用是否需要高PFC值,甚至可以不用納入考慮,這仍然取決于客戶的需求,但就她的了解,即便是3到5瓦的工業(yè)照明,現(xiàn)在也開始有PFC的要求,其數(shù)值要求便高達(dá)0.9左右。

    由此可見,LED照明的電路設(shè)計(jì),雖然在整體系統(tǒng)成本的比重不高,但所面臨的挑戰(zhàn)并不亞于提升LED的發(fā)光效率,雖然應(yīng)用面不同,考慮的設(shè)計(jì)條件也有所差異,但可以知道的是,PFC的存在,已是LED照明未來不可或缺的電路設(shè)計(jì)的要件之一。

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