高功率因數成關(guān)鍵指標，LED電源驅動(dòng)IC再升級

根據最新公布的美國“能源之星”等能效規范，LED照明產(chǎn)品既要增加能源效率，又要改善功率因數，并保證產(chǎn)品的可靠性。具體來(lái)講，在提高效率與良好散熱之間，LED照明產(chǎn)品必須致力提升效能，既使是在低功率或輕載時(shí)也是如此，功率因數校正(PFC)并不是只有在較高功率電平時(shí)才會(huì )要求，在相對較低的功率時(shí)(5W以上)也要求達到一定的功率因數。針對這一變化，LED照明相關(guān)廠(chǎng)商必須要采用更新的技術(shù)或電源拓撲架構及方案，才能滿(mǎn)足全新的規范要求。尤其是在LED電源驅動(dòng)方面，新型IC驅動(dòng)產(chǎn)品正朝著(zhù)高功率因數(PF)和低輸出電流紋波(避免閃爍的問(wèn)題)的方向發(fā)展，同時(shí)還需要滿(mǎn)足更高的效率指標。

據有關(guān)數據顯示，隨著(zhù)LED室內照明應用的興起，目前AC/DC LED驅動(dòng)IC已占到總體市場(chǎng)份額的七成左右，除了幾家較知名的國際品牌之外，國內涉及AC/DC電源驅動(dòng)IC設計、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的廠(chǎng)商就有30多家左右，市場(chǎng)已提前進(jìn)入“紅?！睜顟B(tài)，特別是在中低端的小功率LED通用照明市場(chǎng)中，產(chǎn)品價(jià)格幾乎起到?jīng)Q定性的作用，用戶(hù)對上游LED電源驅動(dòng)IC的性能和性?xún)r(jià)比也日益關(guān)注。而伴隨著(zhù)新一輪的革新，將有助于LED電源驅動(dòng)行業(yè)自身的技術(shù)提升，從而進(jìn)一步促進(jìn)LED通用照明市場(chǎng)的普及應用。

提高集成度，降低系統成本

安森美(ON Semiconductor)半導體照明市場(chǎng)技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理林志彥

價(jià)格仍然是阻礙LED通用照明應用發(fā)展的主要因素之一。正如新綠科技股份有限公司總經(jīng)理劉光華所說(shuō)的：“LED照明的光源成本每年以20%至30%的速度下降，但驅動(dòng)電源卻只以每年5%至6%的速度下降，若此趨勢不變，那么未來(lái)電源成本將超越光源成本，所以目前市場(chǎng)對LED驅動(dòng)電源的首要訴求是——第一cost down，第二cost down，第三還是cost down，當務(wù)之急是驅動(dòng)電源線(xiàn)路架構的創(chuàng )新，以及大幅降低組件的成本?！睘榱诉_到這一目的，在驅動(dòng)IC部分，大部分廠(chǎng)商在產(chǎn)品開(kāi)發(fā)上都是以提高芯片的集成度，將功率器件及其它外圍器件盡量集成到IC中為主要思路，以簡(jiǎn)化外圍器件的選型，協(xié)助降低整體LED驅動(dòng)電源的成本。

安森美(ON Semiconductor)半導體照明市場(chǎng)技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理林志彥介紹道：“當前LED電源驅動(dòng)IC的一個(gè)重要發(fā)展方向是提高集成度、集成更多元器件/功能，包括提供高集成的照明管理集成電路(LMIC)。以安森美半導體的NCL30160高亮度LED驅動(dòng)器為例，該器件集成50 mΩ MOSFET，配合提供高能效；還具有專(zhuān)用PWM調光引腳(DIM)，配合寬范圍的脈沖調光，開(kāi)關(guān)頻率達1.4MHz，能夠使用小型外部元件，從而將方案的占用空間及成本降至最低?！?

iWatt固態(tài)照明產(chǎn)品市場(chǎng)部總監Hubertus Notohamiprodjo

以數字控制技術(shù)為核心的電源管理IC供應商iWatt在近期推出了一系列新產(chǎn)品（如：iW3616、iW3617），其特殊之處在于采用了雙極結型三極管（BJT）作為功率開(kāi)關(guān)器件，以及SOT-23封裝技術(shù)，因而提高了產(chǎn)品的功率因數（PF），降低了總諧波失真（THD），且具備優(yōu)秀的調光兼容性，據介紹，新產(chǎn)品的效率提高了5至10％，與上一代產(chǎn)品相比總BOM成本降低了約20％。iWatt固態(tài)照明產(chǎn)品市場(chǎng)部總監Hubertus Notohamiprodjo表示道：“數字控制技術(shù)可以完成許多計算處理任務(wù)，而不必增加額外的元器件，所以iWatt解決方案可以在最少外部組件的條件下，實(shí)現LED 驅動(dòng)所需的功能。iWatt將所有的關(guān)鍵功能包括保護性能等都集成在一個(gè)驅動(dòng)IC內，大大簡(jiǎn)化了用戶(hù)的設計工作，以利于節約產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，而對于那些并不需要調光的細分市場(chǎng)，我們會(huì )提供優(yōu)秀的單級高性能、高功率因數（PF）LED驅動(dòng)器，并保持非常低的輸出電流紋波?！?

另外，Power Integrations公司的高級產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Andrew Smith也說(shuō)道：“對于10 W A19燈泡設計來(lái)說(shuō)，采用PI開(kāi)發(fā)的LinkSwitch-PL IC實(shí)現的非隔離拓撲結構，可省去高成本的功率變壓器，并將效率提升到92%以上。LinkSwitch-PL器件（和隔離式LinkSwitch-PH器件）具有極高的集成度，可大幅減少外圍元件的數量，以A19設計(DER-322)為例，其所使用的元件數不足25個(gè)?！?

應對燈具設計新變化

早期LED球泡燈和燈管的解決方案一般都是采用反激式轉換器進(jìn)行初次級隔離的單級或兩級解決方案，但是為了滿(mǎn)足提高效率、降低成本、提高輸出功率和裝入狹小空間的要求，如今的LED設計師們開(kāi)始轉向采用降壓和降壓-升壓式拓撲結構的非隔離驅動(dòng)器模式，并且在LED球泡燈和燈管的電路設計上正越來(lái)越多地出現這種轉變。

與此同時(shí)，雖然在設計A19 60 W等效LED燈泡方面所遇到的問(wèn)題已得到解決，但是以小的LED占板空間來(lái)替代100 W白熾燈泡仍面臨重大的散熱問(wèn)題。另外，以T8燈管LED替代方案為例，傳統LED T8燈管的發(fā)光角受限，暗區較大，驅動(dòng)模塊放在約1/2管高的體積內一般不會(huì )受到限制；但對于一些新型的LED T8燈管，由于增大了發(fā)光角度，使得驅動(dòng)模塊需要置入最高僅為8mm的燈管內，要求包括驅動(dòng)IC芯片在內的電源模組要提供最小的方案尺寸。

這些新的設計變化需要LED電源驅動(dòng)IC能夠支持整體電源模塊提供較高的轉換效率和功率因數，并且在適應嚴格空間限制的同時(shí)，還要在高溫環(huán)境下保持優(yōu)良的穩定可靠性和散熱性能。Smith表示：“為此，PI開(kāi)發(fā)出來(lái)的LinkSwitch-PL IC是一種單級集成式PFC和CC轉換器，可以在降壓和降壓-升壓式拓撲結構中提供大于90%的效率，以及大于0.9的功率因數(PF)和低THD，以適應目前燈管和調光/非調光球泡燈的最新發(fā)展趨勢。其次，PI所采用的單片技術(shù)將低壓驅動(dòng)器技術(shù)與一個(gè)730 VAC功率MOSFET相結合，使之足以適用于大部分照明應用，且具備全面的過(guò)壓保護功能，使電路能夠在出現浪涌電壓的區域表現出較高的可靠性和穩定性?！?

深圳市芯聯(lián)半導體有限公司華南區銷(xiāo)售總監盛軍說(shuō)道：“LED電源需要長(cháng)時(shí)間在燈具高溫環(huán)境中工作，據不完全統計，燈具內部溫度一般在55-70攝氏度之間，考慮到外圍器件的溫度差異性，事實(shí)上LED電源對IC恒流控制模式的穩定性提出了更高的要求。首先，它要求提供較大的驅動(dòng)能力，及較低的芯片工作電流，其次在較少外圍器件的同時(shí)仍然具有優(yōu)異的恒流控制性能?！?

靈活、廣泛的調光兼容性

根據對美國住宅照明市場(chǎng)的調查顯示，在所有家居照明中有10-15%的燈泡接的是在線(xiàn)可調光電路，從已經(jīng)安裝的壁式調光器的數據可以預計，隨著(zhù)LED燈泡銷(xiāo)量的逐步增長(cháng)，可調光LED驅動(dòng)器將接近或超過(guò)當前的市場(chǎng)份額。實(shí)際上，目前一些細分市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始強調實(shí)現調光控制，他們要求LED產(chǎn)品具備良好的調光兼容性(如模擬及數字調光等)，使得用戶(hù)無(wú)需受到指定調光器的限制，盡量利用已有資源，節省開(kāi)支，并且配合未來(lái)智能LED照明(如DALI數字技術(shù)等)的發(fā)展趨勢。

對于許多LED驅動(dòng)器供應商來(lái)說(shuō)，要讓LED驅動(dòng)器與各種不同的切相式調光器實(shí)現兼容，是一件非常挑戰的事情。通過(guò)開(kāi)發(fā)出一套獨特的數字控制器，目前iWatt公司已基本上解決這一問(wèn)題，Notohamiprodjo說(shuō)道：“我們可以在控制器內進(jìn)行動(dòng)態(tài)調整，從而克服了許多典型模擬控制器所不能解決的問(wèn)題。該控制器的數字算法可準確偵測到所連接的切相式調光器的種類(lèi)，快速地對調光做出響應，并且無(wú)頻閃。另外，在典型的模擬電路解決方案中，當使用切相式調光器時(shí)，由于輸入信號斬波的原因，輸出的LED電流將產(chǎn)生非常高的紋波，造成嚴重的頻閃，雖然人眼可能無(wú)法看到，但大腦仍會(huì )對此有反應，甚至引起頭痛或其它疾病。對此，iWatt公司的解決方案是采用數字控制技術(shù)，將調光器的信號轉換為高頻的PWM輸出電流，以避免波紋和閃爍。我們新的產(chǎn)品系列還提供多種調光控制接口，包括0到10V的模擬電路接口，以及DALI數字技術(shù)控制協(xié)議?！?

林志彥也表示，在一些低功率AC-DC LED照明應用中，既要求高功率因數，又要求支持調光，如模擬、數字(PWM)或三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)器件(TRIAC)調光等?！斑@些應用可以采用安森美半導體的NCL30000功率因數校正TRIAC可調光LED驅動(dòng)器，也可以采用LV5026/29系列高功率因數可調光LED驅動(dòng)器?！绷种緩┙榻B，“LV5026兼容TRIAC調光，既可以用于A(yíng)C-DC非隔離型降壓LED照明應用，也可以用于A(yíng)C-DC隔離型反激LED照明應用，符合用戶(hù)不同的應用需求?！?

高電壓低電流驅動(dòng)興起

另一個(gè)值得關(guān)注的是，一些廠(chǎng)商開(kāi)始提供高電壓低電流驅動(dòng)(HVLED)模式的產(chǎn)品。高電壓低電流驅動(dòng)最重要的優(yōu)勢是在于能夠協(xié)助降低電源轉換器的直流損失，此外，也有廠(chǎng)商建議高電壓低電流驅動(dòng)最好采用非隔離式設計為宜。

聚積科技產(chǎn)品總監俞仲威認為：“當輸出電壓超過(guò)60V時(shí)，隔離式與非隔離式的安規距離要求是一樣的，因此隔離式在安規距離設計上的優(yōu)勢已經(jīng)消失，同時(shí)一般來(lái)說(shuō)隔離架構需要用到變壓器，會(huì )產(chǎn)生較大的鐵芯損及渦流損, 效率會(huì )較差。而以10W方案來(lái)看, 在不特別選用元件的前提下，非隔離135V/80mA的效率可輕易超過(guò)90%，但是隔離350mA/30V的效率僅可勉強達到86%，這4%的效率差別中有約不到1.5%是由于電源轉換器的直流損失所造成的，因此也可以從中看到非隔離架構在效率上的優(yōu)勢?！?

“高電壓技術(shù)正受到越來(lái)越多的重視，在控制器內整合高電壓開(kāi)關(guān)，以進(jìn)一步減少外部組件將是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢?！盢otohamiprodjo表示：“iWatt將計劃采用最新的高電壓LED技術(shù)，以提供更高的流明/瓦輸出量，新產(chǎn)品將在今年年底推出?！?