交流电驱动LED发光技术趋成熟

来源:2020-05-30 19:15:26

新一代LED驱动IC的设计,必须打破传统的DC/DC拓扑结构设计理念。如采用恒功率,不采用磁滞控制的降压型而采用定频定电流控制,解决使用卤素灯电子变压器所产生的灯源闪烁和多灯并联不亮等等问题。

LED作为绿色、节能、省电、长寿命的第四代照明灯具异军突起、广受关注,正在如火如荼地发展。由于LED光源是低电压(VF=2-3.6V)、大电流(IF=200mA-1500mA)工作的半导体器件,因此必须提供合适的直流电流才能正常发光。直流(DC)驱动DCLED光源发光的技术已经越来越成熟。

照明驱动IC电压范围更广

由于我们日常照明使用的电源是高压交流电(AC100V-220V),所以必须使用降压的技术来获得较低的电压,常用采用变压器或开关电源降压,然后将交流电(AC)变换成直流电(DC),再变换成直流恒流源,这样才能促使LED光源发光。

直流驱动LED光源的系统应用方案必然是:变压器+整流或开关电源+恒流源(见右图)。LED灯具里必须要有一定的空间来安置这个电源模块,但是对于E27标准螺口的灯具来说空间十分有限,很难安置。无论是经由变压器+整流或是开关电源降压,系统都会有一定量的损耗。DCLED灯具在交流、直流电之间转换时约有15%~30%的电力被损耗,系统效率很难做到90%以上。因此如果能用交流电(AC)直接驱动LED光源发光,系统应用方案将大大简化,系统效率将可以很轻松达到90%以上。

由此看来,LED驱动IC(集成电路)在LED灯具中是至关重要的器件。目前国内照明LED驱动IC的研发、生产厂家已有10多家。

直流驱动LED光源的系统应用方案

LED光源应用的基本技术要素是必须满足它的VF(正向电压)和IF(正向电流)需求。VF是为LED光源建立一个正常的工作状态,IF则促使LED光源发光,LED亮度与电流大小成正比。顺应照明LED驱动IC技术的发展,LED驱动IC的输入电压(Vin)范围将更宽广(DC5V-45V),输出恒流精度更高(1%)。鉴于越来越多的LED灯具选用多颗大功率LED串联应用技术,新一代LED驱动IC输出耐压提高到60V-100V,这就需要用高压工艺来生产LED驱动IC的晶圆片。LED驱动IC输出耐压的提高为它在汽车电子、汽车灯具、高亮度照明等高电压要求的应用打开了新的市场。

新设计打破传统拓扑结构

LED光源是一种长寿命光源,理论寿命可达50000小时,但是如果应用电路设计不合理、电路元器件选用不当、LED光源散热不好,都会影响它的使用寿命。特别是在应用电路里,作为AC/DC整流桥的输出滤波器的电解电容器,它的使用寿命在5000小时以下,这就成了制造长寿命LED灯具技术的拦路虎。唯一可行的先进解决方案是设计生产可以在应用电路里省去电解电容器的新一代LED驱动IC,日本某公司新的LED驱动ICTK5401无需在应用电路上使用电解电容器,寿命可达4万-5万小时,正好与LED寿命匹配。使用此款IC可使PCB板面积缩小至原来的40%,节省了电源模块的空间,这也是LED灯具设计所要斤斤计较的重要方面。

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新一代LED驱动IC的设计,必须打破传统的DC/DC拓扑结构设计理念。如采用恒功率,不采用磁滞控制的降压型而采用定频定电流控制,解决使用卤素灯电子变压器所产生的灯源闪烁和多灯并联不亮问题等等。此外,还必须使LED驱动IC在多种应用电路中能通过EMC、安规、CE、UL等认证。应用电路力求简洁、减少元器件使用量也是客户降低成本的要求。隔离与非隔离的应用历来是商家安全与效率之争的焦点,PWM控制器的占空比在不断提高。

0.5W-3W的LED光源与LED驱动IC集成在一个CMC封装内的新一代芯片已经小批量生产,表明LED驱动IC正在向高度集成化的多芯片(CMC)封装方向发展。可用交流电(AC)直接驱动发光的新一代、特殊拓扑结构ACLED光源生产技术的日趋成熟,将开创LED照明技术的又一新纪元。

LED驱动技术现状

LED驱动IC的特性是要求电流输出的一致性与恒定性。目前国内照明LED驱动IC产品技术都还是采用传统的DC/DC降压、升压恒流的模式以及由PWM(电源管理)控制器组成的恒流源电路,目前这两类LED驱动IC技术尚处在发展的初级阶段,特别是受限于晶圆片的生产工艺的进展,对需求日益增长的较高电压应用造成影响。随着照明应用领域的扩展,LED驱动IC正在向中高级和高度集成、多芯片封装(CMC)技术方向发展。

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