高功率因數(shù)成關鍵指標，LED電源驅動IC再升級

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

據(jù)有關數(shù)據(jù)顯示，隨著LED室內照明應用的興起，目前AC/DC LED驅動IC已占到總體市場份額的七成左右，除了幾家較知名的國際品牌之外，國內涉及AC/DC電源驅動IC設計、開發(fā)、生產的廠商就有30多家左右，市場已提前進入“紅?！睜顟B(tài)，特別是在中低端的小功率LED通用照明市場中，產品價格幾乎起到決定性的作用，用戶對上游LED電源驅動IC的性能和性價比也日益關注。而伴隨著新一輪的革新，將有助于LED電源驅動行業(yè)自身的技術提升，從而進一步促進LED通用照明市場的普及應用。

提高集成度，降低系統(tǒng)成本

安森美(ON Semiconductor)半導體照明市場技術行銷經理林志彥

價格仍然是阻礙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理劉光華所說的：“LED照明的光源成本每年以20%至30%的速度下降，但驅動電源卻只以每年5%至6%的速度下降，若此趨勢不變，那么未來電源成本將超越光源成本，所以目前市場對LED驅動電源的首要訴求是——第一cost down，第二cost down，第三還是cost down，當務之急是驅動電源線路架構的創(chuàng)新，以及大幅降低組件的成本?！睘榱诉_到這一目的，在驅動IC部分，大部分廠商在產品開發(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，以簡化外圍器件的選型，協(xié)助降低整體LED驅動電源的成本。

安森美(ON Semiconductor)半導體照明市場技術行銷經理林志彥介紹道：“當前LED電源驅動IC的一個重要發(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驅動器為例，該器件集成50 mΩ MOSFET，配合提供高能效；還具有專用PWM調光引腳(DIM)，配合寬范圍的脈沖調光，開關頻率達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)照明產品市場部總監(jiān)Hubertus Notohamiprodjo

以數(shù)字控制技術為核心的電源管理IC供應商iWatt在近期推出了一系列新產品（如：iW3616、iW3617），其特殊之處在于采用了雙極結型三極管（BJT）作為功率開關器件，以及SOT-23封裝技術，因而提高了產品的功率因數(shù)（PF），降低了總諧波失真（THD），且具備優(yōu)秀的調光兼容性，據(jù)介紹，新產品的效率提高了5至10％，與上一代產品相比總BOM成本降低了約20％。iWatt固態(tài)照明產品市場部總監(jiān)Hubertus Notohamiprodjo表示道：“數(shù)字控制技術可以完成許多計算處理任務，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，實現(xiàn)LED 驅動所需的功能。iWatt將所有的關鍵功能包括保護性能等都集成在一個驅動IC內，大大簡化了用戶的設計工作，以利于節(jié)約產品的開發(fā)成本，而對于那些并不需要調光的細分市場，我們會提供優(yōu)秀的單級高性能、高功率因數(shù)（PF）LED驅動器，并保持非常低的輸出電流紋波?！?

另外，Power Integrations公司的高級產品市場經理Andrew Smith也說道：“對于10 W A19燈泡設計來說，采用PI開發(fā)的LinkSwitch-PL IC實現(xiàn)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(shù)量，以A19設計(DER-322)為例，其所使用的元件數(shù)不足25個?！?

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行初次級隔離的單級或兩級解決方案，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設計師們開始轉向采用降壓和降壓-升壓式拓撲結構的非隔離驅動器模式，并且在LED球泡燈和燈管的電路設計上正越來越多地出現(xiàn)這種轉變。

與此同時，雖然在設計A19 60 W等效LED燈泡方面所遇到的問題已得到解決，但是以小的LED占板空間來替代100 W白熾燈泡仍面臨重大的散熱問題。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，驅動模塊放在約1/2管高的體積內一般不會受到限制；但對于一些新型的LED T8燈管，由于增大了發(fā)光角度，使得驅動模塊需要置入最高僅為8mm的燈管內，要求包括驅動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(shù)，并且在適應嚴格空間限制的同時，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開發(fā)出來的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(shù)(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所采用的單片技術將低壓驅動器技術與一個730 VAC功率MOSFET相結合，使之足以適用于大部分照明應用，且具備全面的過壓保護功能，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)半導體有限公司華南區(qū)銷售總監(jiān)盛軍說道：“LED電源需要長時間在燈具高溫環(huán)境中工作，據(jù)不完全統(tǒng)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，事實上LED電源對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動能力，及較低的芯片工作電流，其次在較少外圍器件的同時仍然具有優(yōu)異的恒流控制性能?！?

靈活、廣泛的調光兼容性

根據(jù)對美國住宅照明市場的調查顯示，在所有家居照明中有10-15%的燈泡接的是在線可調光電路，從已經安裝的壁式調光器的數(shù)據(jù)可以預計，隨著LED燈泡銷量的逐步增長，可調光LED驅動器將接近或超過當前的市場份額。實際上，目前一些細分市場已經開始強調實現(xiàn)調光控制，他們要求LED產品具備良好的調光兼容性(如模擬及數(shù)字調光等)，使得用戶無需受到指定調光器的限制，盡量利用已有資源，節(jié)省開支，并且配合未來智能LED照明(如DALI數(shù)字技術等)的發(fā)展趨勢。

對于許多LED驅動器供應商來說，要讓LED驅動器與各種不同的切相式調光器實現(xiàn)兼容，是一件非常挑戰(zhàn)的事情。通過開發(fā)出一套獨特的數(shù)字控制器，目前iWatt公司已基本上解決這一問題，Notohamiprodjo說道：“我們可以在控制器內進行動態(tài)調整，從而克服了許多典型模擬控制器所不能解決的問題。該控制器的數(shù)字算法可準確偵測到所連接的切相式調光器的種類，快速地對調光做出響應，并且無頻閃。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，由于輸入信號斬波的原因，輸出的LED電流將產生非常高的紋波，造成嚴重的頻閃，雖然人眼可能無法看到，但大腦仍會對此有反應，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(shù)字控制技術，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(shù)字技術控制協(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(shù)，又要求支持調光，如模擬、數(shù)字(PWM)或三端雙向可控硅開關器件(TRIAC)調光等?！斑@些應用可以采用安森美半導體的NCL30000功率因數(shù)校正TRIAC可調光LED驅動器，也可以采用LV5026/29系列高功率因數(shù)可調光LED驅動器。”林志彥介紹，“LV5026兼容TRIAC調光，既可以用于AC-DC非隔離型降壓LED照明應用，也可以用于AC-DC隔離型反激LED照明應用，符合用戶不同的應用需求。”

高電壓低電流驅動興起

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

聚積科技產品總監(jiān)俞仲威認為：“當輸出電壓超過60V時，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)距離設計上的優(yōu)勢已經消失，同時一般來說隔離架構需要用到變壓器，會產生較大的鐵芯損及渦流損, 效率會較差。而以10W方案來看, 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?！?

“高電壓技術正受到越來越多的重視，在控制器內整合高電壓開關，以進一步減少外部組件將是一個重要的發(fā)展趨勢?！盢otohamiprodjo表示：“iWatt將計劃采用最新的高電壓LED技術，以提供更高的流明/瓦輸出量，新產品將在今年年底推出?！?