高功率因數(shù)成關(guān)鍵指標(biāo)，LED電源驅(qū)動(dòng)IC再升級(jí)

根據(jù)最新公布的美國(guó)“能源之星”等能效規(guī)范，LED照明產(chǎn)品既要增加能源效率，又要改善功率因數(shù)，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(shù)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(duì)較低的功率時(shí)(5W以上)也要求達(dá)到一定的功率因數(shù)。針對(duì)這一變化，LED照明相關(guān)廠商必須要采用更新的技術(shù)或電源拓?fù)浼軜?gòu)及方案，才能滿足全新的規(guī)范要求。尤其是在LED電源驅(qū)動(dòng)方面，新型IC驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品正朝著高功率因數(shù)(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)還需要滿足更高的效率指標(biāo)。

據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，隨著LED室內(nèi)照明應(yīng)用的興起，目前AC/DC LED驅(qū)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(guó)際品牌之外，國(guó)內(nèi)涉及AC/DC電源驅(qū)動(dòng)IC設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)的廠商就有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(duì)上游LED電源驅(qū)動(dòng)IC的性能和性?xún)r(jià)比也日益關(guān)注。而伴隨著新一輪的革新，將有助于LED電源驅(qū)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(yīng)用。

提高集成度，降低系統(tǒng)成本

安森美(ON Semiconductor)半導(dǎo)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(yīng)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(qū)動(dòng)電源卻只以每年5%至6%的速度下降，若此趨勢(shì)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(duì)LED驅(qū)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(dāng)務(wù)之急是驅(qū)動(dòng)電源線路架構(gòu)的創(chuàng)新，以及大幅降低組件的成本?！睘榱诉_(dá)到這一目的，在驅(qū)動(dòng)IC部分，大部分廠商在產(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(qū)動(dòng)電源的成本。

安森美(ON Semiconductor)半導(dǎo)體照明市場(chǎng)技術(shù)行銷(xiāo)經(jīng)理林志彥介紹道：“當(dāng)前LED電源驅(qū)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(dǎo)體的NCL30160高亮度LED驅(qū)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(diào)光引腳(DIM)，配合寬范圍的脈沖調(diào)光，開(kāi)關(guān)頻率達(dá)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(jiān)Hubertus Notohamiprodjo

以數(shù)字控制技術(shù)為核心的電源管理IC供應(yīng)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(jié)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(shù)（PF），降低了總諧波失真（THD），且具備優(yōu)秀的調(diào)光兼容性，據(jù)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(jiān)Hubertus Notohamiprodjo表示道：“數(shù)字控制技術(shù)可以完成許多計(jì)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(xiàn)LED 驅(qū)動(dòng)所需的功能。iWatt將所有的關(guān)鍵功能包括保護(hù)性能等都集成在一個(gè)驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了用戶(hù)的設(shè)計(jì)工作，以利于節(jié)約產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本，而對(duì)于那些并不需要調(diào)光的細(xì)分市場(chǎng)，我們會(huì)提供優(yōu)秀的單級(jí)高性能、高功率因數(shù)（PF）LED驅(qū)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(jí)產(chǎn)品市場(chǎng)經(jīng)理Andrew Smith也說(shuō)道：“對(duì)于10 W A19燈泡設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，采用PI開(kāi)發(fā)的LinkSwitch-PL IC實(shí)現(xiàn)的非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，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(shù)量，以A19設(shè)計(jì)(DER-322)為例，其所使用的元件數(shù)不足25個(gè)?！?

應(yīng)對(duì)燈具設(shè)計(jì)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(zhuǎn)換器進(jìn)行初次級(jí)隔離的單級(jí)或兩級(jí)解決方案，但是為了滿足提高效率、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(shè)計(jì)師們開(kāi)始轉(zhuǎn)向采用降壓和降壓-升壓式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的非隔離驅(qū)動(dòng)器模式，并且在LED球泡燈和燈管的電路設(shè)計(jì)上正越來(lái)越多地出現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變。

與此同時(shí)，雖然在設(shè)計(jì)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(tǒng)LED T8燈管的發(fā)光角受限，暗區(qū)較大，驅(qū)動(dòng)模塊放在約1/2管高的體積內(nèi)一般不會(huì)受到限制；但對(duì)于一些新型的LED T8燈管，由于增大了發(fā)光角度，使得驅(qū)動(dòng)模塊需要置入最高僅為8mm的燈管內(nèi)，要求包括驅(qū)動(dòng)IC芯片在內(nèi)的電源模組要提供最小的方案尺寸。

這些新的設(shè)計(jì)變化需要LED電源驅(qū)動(dòng)IC能夠支持整體電源模塊提供較高的轉(zhuǎn)換效率和功率因數(shù)，并且在適應(yīng)嚴(yán)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(wěn)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(jí)集成式PFC和CC轉(zhuǎn)換器，可以在降壓和降壓-升壓式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中提供大于90%的效率，以及大于0.9的功率因數(shù)(PF)和低THD，以適應(yīng)目前燈管和調(diào)光/非調(diào)光球泡燈的最新發(fā)展趨勢(shì)。其次，PI所采用的單片技術(shù)將低壓驅(qū)動(dòng)器技術(shù)與一個(gè)730 VAC功率MOSFET相結(jié)合，使之足以適用于大部分照明應(yīng)用，且具備全面的過(guò)壓保護(hù)功能，使電路能夠在出現(xiàn)浪涌電壓的區(qū)域表現(xiàn)出較高的可靠性和穩(wěn)定性?！?

深圳市芯聯(lián)半導(dǎo)體有限公司華南區(qū)銷(xiāo)售總監(jiān)盛軍說(shuō)道：“LED電源需要長(zhǎng)時(shí)間在燈具高溫環(huán)境中工作，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，燈具內(nèi)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(duì)IC恒流控制模式的穩(wěn)定性提出了更高的要求。首先，它要求提供較大的驅(qū)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(diào)光兼容性

根據(jù)對(duì)美國(guó)住宅照明市場(chǎng)的調(diào)查顯示，在所有家居照明中有10-15%的燈泡接的是在線可調(diào)光電路，從已經(jīng)安裝的壁式調(diào)光器的數(shù)據(jù)可以預(yù)計(jì)，隨著LED燈泡銷(xiāo)量的逐步增長(zhǎng)，可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器將接近或超過(guò)當(dāng)前的市場(chǎng)份額。實(shí)際上，目前一些細(xì)分市場(chǎng)已經(jīng)開(kāi)始強(qiáng)調(diào)實(shí)現(xiàn)調(diào)光控制，他們要求LED產(chǎn)品具備良好的調(diào)光兼容性(如模擬及數(shù)字調(diào)光等)，使得用戶(hù)無(wú)需受到指定調(diào)光器的限制，盡量利用已有資源，節(jié)省開(kāi)支，并且配合未來(lái)智能LED照明(如DALI數(shù)字技術(shù)等)的發(fā)展趨勢(shì)。

對(duì)于許多LED驅(qū)動(dòng)器供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，要讓LED驅(qū)動(dòng)器與各種不同的切相式調(diào)光器實(shí)現(xiàn)兼容，是一件非常挑戰(zhàn)的事情。通過(guò)開(kāi)發(fā)出一套獨(dú)特的數(shù)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(nèi)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)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(shù)字算法可準(zhǔn)確偵測(cè)到所連接的切相式調(diào)光器的種類(lèi)，快速地對(duì)調(diào)光做出響應(yīng)，并且無(wú)頻閃。另外，在典型的模擬電路解決方案中，當(dāng)使用切相式調(diào)光器時(shí)，由于輸入信號(hào)斬波的原因，輸出的LED電流將產(chǎn)生非常高的紋波，造成嚴(yán)重的頻閃，雖然人眼可能無(wú)法看到，但大腦仍會(huì)對(duì)此有反應(yīng)，甚至引起頭痛或其它疾病。對(duì)此，iWatt公司的解決方案是采用數(shù)字控制技術(shù)，將調(diào)光器的信號(hào)轉(zhuǎn)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(diào)光控制接口，包括0到10V的模擬電路接口，以及DALI數(shù)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(yīng)用中，既要求高功率因數(shù)，又要求支持調(diào)光，如模擬、數(shù)字(PWM)或三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)器件(TRIAC)調(diào)光等?！斑@些應(yīng)用可以采用安森美半導(dǎo)體的NCL30000功率因數(shù)校正TRIAC可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器，也可以采用LV5026/29系列高功率因數(shù)可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器?！绷种緩┙榻B，“LV5026兼容TRIAC調(diào)光，既可以用于AC-DC非隔離型降壓LED照明應(yīng)用，也可以用于AC-DC隔離型反激LED照明應(yīng)用，符合用戶(hù)不同的應(yīng)用需求。”

高電壓低電流驅(qū)動(dòng)興起

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

聚積科技產(chǎn)品總監(jiān)俞仲威認(rèn)為：“當(dāng)輸出電壓超過(guò)60V時(shí)，隔離式與非隔離式的安規(guī)距離要求是一樣的，因此隔離式在安規(guī)距離設(shè)計(jì)上的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)消失，同時(shí)一般來(lái)說(shuō)隔離架構(gòu)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(qiáng)達(dá)到86%，這4%的效率差別中有約不到1.5%是由于電源轉(zhuǎn)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(gòu)在效率上的優(yōu)勢(shì)?！?

“高電壓技術(shù)正受到越來(lái)越多的重視，在控制器內(nèi)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(shì)?！盢otohamiprodjo表示：“iWatt將計(jì)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?！?