LED驅(qū)動(dòng)電源的發(fā)展現(xiàn)狀及前景探討

　　半導(dǎo)體飛速發(fā)展的今天，時(shí)刻沒(méi)有冷落在電磁輻射方面的研究與發(fā)展，有一種器件輻射的電磁波正好被人類(lèi)眼睛所能觀察，在光需要的領(lǐng)域都有長(zhǎng)足的發(fā)展，出色的表現(xiàn)讓我們沒(méi)有理由拒絕，那就是新半導(dǎo)體固體器件——LED（Light Emitting Diode發(fā)光二極管)。被稱(chēng)之為新一次照明革命的LED固體光源開(kāi)發(fā)應(yīng)用已成為本世紀(jì)重點(diǎn)發(fā)展的目標(biāo)之一。特別是由科技部、國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)與信息產(chǎn)業(yè)部等有關(guān)部門(mén)共同組織實(shí)施的“國(guó)家半導(dǎo)體照明工程”的正式啟動(dòng)，標(biāo)志著中國(guó)高亮度LED產(chǎn)業(yè)已進(jìn)入加速發(fā)展階段，標(biāo)志著中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)遇到了難得的發(fā)展機(jī)遇。

　　LED是一種固體光源，當(dāng)它兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，放出的過(guò)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(lái)各大公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì)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(chǎn)出光效達(dá)到90Lm/W的白色LED，已達(dá)到白熾燈的水平。

　　隨著對(duì)LED研究的進(jìn)一步深入，其光效將進(jìn)一步得到提高，而其成本將進(jìn)一步下降，在不久的將來(lái)LED取代白熾燈甚至熒光燈而發(fā)展成21世紀(jì)的一種主要的照明光源將成為一種趨勢(shì)。與熒光燈的電子鎮(zhèn)流器不同，LED驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒流電源，并同時(shí)完成與LED的電壓和電流的匹配。

　　LED伏安特性的數(shù)字模型可用下式表示。VF=Vturn-on+RsIF+（ΔVF/ΔT）（T-25℃）（1）其中，Vturn-on是LED的啟動(dòng)電壓Rs表示伏安曲線的斜率T環(huán)境溫度ΔVF/ΔT是LED正向電壓的溫度系數(shù)，對(duì)于多數(shù)LED而言典型值為-2V/℃。

　　從LED的伏安曲線及數(shù)字模型看，LED在正向?qū)ê笃湔螂妷旱募?xì)小變動(dòng)將引起LED電流的很大變化，并且，環(huán)境溫度，LED老化時(shí)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(guān)，所以LED驅(qū)動(dòng)電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動(dòng)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(zhǎng)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。

　　1、LED驅(qū)動(dòng)電源的使用現(xiàn)狀

　　標(biāo)準(zhǔn)電燈正在經(jīng)歷一場(chǎng)革命。出于保護(hù)能源和應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的考慮，美國(guó)一些州和其它一些國(guó)家開(kāi)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(jì)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(jià)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(jì)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(lái)源：OIDA)，屆時(shí)LED有望成為室內(nèi)照明的主要來(lái)源。

　　2008年的北京奧運(yùn)會(huì)通過(guò)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(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)等理念做了完美詮釋。LED顯示產(chǎn)品，在2008年北京奧運(yùn)會(huì)的廣泛應(yīng)用，更是光芒閃爍，為2008北京奧運(yùn)會(huì)增添了絢爛異彩。

　　近幾屆奧運(yùn)會(huì)中，LED顯示幕都是奧運(yùn)比賽場(chǎng)館不可或缺的主要設(shè)施。2008年北京奧運(yùn)會(huì)新建和改建的體育場(chǎng)館數(shù)量眾多，規(guī)?？涨?，奧運(yùn)場(chǎng)館均采用了大量LED顯示幕作為比賽實(shí)況播放和計(jì)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?？梢哉f(shuō)，2008年北京奧運(yùn)會(huì)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(gè)新的里程碑，這其中眾多國(guó)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(guò)全球LED技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商對(duì)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(chǎng)外，高亮度LED開(kāi)始走向室內(nèi)外普通照明、汽車(chē)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(dòng)電源將有一個(gè)廣闊的應(yīng)用前景。

　　2、LED驅(qū)動(dòng)電源面臨的問(wèn)題

　　在LED大放異彩的同時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(chǎng)的增幅將會(huì)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?xún)r(jià)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(chǎng)。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(guò)程中需要對(duì)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(dòng)的概念。LED器件對(duì)驅(qū)動(dòng)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(dòng)，必須要設(shè)計(jì)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(guó)際市場(chǎng)上國(guó)外客戶對(duì)LED驅(qū)動(dòng)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(jì)一款好的電源必須要綜合考慮這些因數(shù)，因?yàn)殡娫丛谡麄€(gè)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(jī)對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的影響很大，但是歐美等國(guó)際市場(chǎng)對(duì)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(jī)影響較小。2008年中國(guó)LED應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過(guò)450億元RMB，LED示范應(yīng)用路燈、LED全彩顯示屏顯示器件、太陽(yáng)能LED、景觀照明、消費(fèi)類(lèi)電子背光、信號(hào)、指示等應(yīng)用仍然是主要應(yīng)用領(lǐng)域。

　　但是在市場(chǎng)一片繁榮的背景下，LED產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求混亂，市場(chǎng)上LED產(chǎn)品如火如荼的發(fā)展態(tài)勢(shì)下，就LED驅(qū)動(dòng)電源企業(yè)而言，目前面臨幾個(gè)挑戰(zhàn)。首先是驅(qū)動(dòng)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(dòng)器應(yīng)挑戰(zhàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，尤其是在驅(qū)動(dòng)大功率LED時(shí)更是如此，因?yàn)樗形醋鳛楣廨敵龅墓β识甲鳛闊崃亢纳?，電源轉(zhuǎn)換效率的過(guò)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(duì)LED調(diào)光，同時(shí)能夠保證在高和低亮度時(shí)顏色特性恒定。同時(shí)要降低成本，目前在功率較小(1～5W)的應(yīng)用場(chǎng)合，恒流驅(qū)動(dòng)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(chǎng)推廣。

　　3、LED驅(qū)動(dòng)電源的展望

　　從目前市場(chǎng)了解來(lái)看，LED日光燈管式結(jié)構(gòu)應(yīng)用會(huì)較好發(fā)展。從家居照明來(lái)看，合適的照明強(qiáng)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(jì)10W以上的功率，散熱會(huì)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(jì)功率在20W以?xún)?nèi)的LED燈管，從不斷增長(zhǎng)的LED亮度來(lái)說(shuō)20W符合未來(lái)LED照明光源發(fā)展要求，待LM值達(dá)到150LM/W時(shí)，才是LED照明大呼節(jié)能輝煌時(shí)代！未來(lái)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