LED照明驅動市場現(xiàn)狀及技術發(fā)展趨勢

1、LED照明驅動市場現(xiàn)狀及技術發(fā)展趨勢· 導讀: 從目前市場了解來看，LED日光燈管式結構應用會較好發(fā)展。從家居照明來看，合適的照明強度還是需要10W以上節(jié)能燈具產(chǎn)品。熒光燈大多在715W功率，節(jié)能型日光燈在2040W功率。如果用LED集中設計10W以上的功率，散熱會令我們很頭痛 o 關鍵字 o LED LED照明 LED驅動 · 一，LED驅動電源的使用現(xiàn)狀標準電燈正在經(jīng)歷一場革命。出于保護能源和應對全球氣候變暖的考慮，美國一些州和其它一些國家開始禁止使用低能效的白熾燈泡。各種新技術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

2、耗僅為白熾燈的20%，但卻含有有毒物質汞。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)應用出現(xiàn)在上世紀七十年代，但因其光輸出極低，應用范圍也僅限于指示燈和計算器顯示屏等領域。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，價格也在逐年下降，因此它已成為主流照明應用值得考慮的選擇之一。預計隨著LED技術的發(fā)展，到2012年其發(fā)光效率將達到150流明/瓦，1000流明的成本將不足5美元(資料來源：OIDA)，屆時LED有望成為室內照明的主要來源。2008年的北京奧運會通過眾多具體的產(chǎn)品形態(tài)和新技術的應用為綠色奧運、科技奧運、人文奧運等理念做了完美詮釋。LED顯示產(chǎn)品

3、，在2008年北京奧運會的廣泛應用，更是光芒閃爍，為2008北京奧運會增添了絢爛異彩。近幾屆奧運會中，LED顯示幕都是奧運比賽場館不可或缺的主要設施。2008年北京奧運會新建和改建的體育場館數(shù)量眾多，規(guī)?？涨?，奧運場館均采用了大量LED顯示幕作為比賽實況播放和計分顯示的設備，顯示幕產(chǎn)品以全彩色、高解析度、數(shù)位化等為主?？梢哉f，2008年北京奧運會所采用的LED顯示產(chǎn)品從數(shù)量到技術水準以及應用方面都達到了一個新的里程碑，這其中眾多國內LED顯示產(chǎn)品制造企業(yè)擔當了重要的角色。通過全球LED技術領導廠商對材料、工藝和封裝技術的努力改進，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

4、面板市場外，高亮度LED開始走向室內外普通照明、汽車內外照明、探照燈、交通燈等全新應用。這些都預示著LED驅動電源將有一個廣闊的應用前景。二，LED驅動電源面臨的問題在LED大放異彩的同時，LED驅動電源器則是LED產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展的保障，LED電源的品質直接制約了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驅動電源的成熟也至關重要。就LED電源企業(yè)而言，2009年100W左右大功率電源市場的增幅將會有很大的提升。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價比，以及很快形成產(chǎn)業(yè)規(guī)模的LED路燈和景觀照明市場。由于LED是特性敏感的半導體器件，又具有負溫度特性，因

5、而在應用過程中需要對其進行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護，從而產(chǎn)生了驅動的概念。LED器件對驅動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23伏的低電壓驅動，必須要設計復雜的變換電路，不同用途的LED燈，要配備不同的電源適配器。國際市場上國外客戶對LED驅動電源的效率轉換、有效功率、恒流精度、電源壽命、電磁兼容的要求都非常高，設計一款好的電源必須要綜合考慮這些因數(shù)，因為電源在整個燈具中的作用就好比像人的心臟一樣重要。2009年，雖然金融危機對世界經(jīng)濟的影響很大，但是歐美等國際市場對大功率LED電源的需求量還是很大，相應的高端LED產(chǎn)品的出口量受金融危機影響較小

6、。2008年中國LED應用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過450億元RMB，LED示范應用路燈、LED全彩顯示屏顯示器件、太陽能LED、景觀照明、消費類電子背光、信號、指示等應用仍然是主要應用領域· 但是在市場一片繁榮的背景下，LED產(chǎn)品質量良莠不齊，對驅動電源的要求混亂，市場上LED產(chǎn)品如火如荼的發(fā)展態(tài)勢下，就LED驅動電源企業(yè)而言，目前面臨幾個挑戰(zhàn)。首先是驅動電路整體壽命，尤其是關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驅動器應挑戰(zhàn)更高的轉換效率，尤其是在驅動大功率LED時更是如此，因為所有未作為光輸出的功率都作為熱量耗散，電源轉換效率的過低，影響了LED節(jié)能效果的發(fā)揮。第三，

7、以大調光比高效率地對LED調光，同時能夠保證在高和低亮度時顏色特性恒定。同時要降低成本，目前在功率較小(15W)的應用場合，恒流驅動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推廣。三，LED驅動電源的展望從目前市場了解來看，LED日光燈管式結構應用會較好發(fā)展。從家居照明來看，合適的照明強度還是需要10W以上節(jié)能燈具產(chǎn)品。熒光燈大多在715W功率，節(jié)能型日光燈在2040W功率。如果用LED集中設計10W以上的功率，散熱會令我們很頭痛，也是影響成本的重要因數(shù),顯然像燈泡結構式的產(chǎn)品很不適合LED應用。像射燈這樣產(chǎn)品不大可能規(guī)模量產(chǎn)民用。日光燈管式結構符合LED散熱

8、要求，也符合現(xiàn)有燈具接口方式。廠商從成本考量，大多設計功率在20W以內的LED燈管，從不斷增長的LED亮度來說20W符合未來LED照明光源發(fā)展要求，待LM值達到150LM/W時，才是LED照明大呼節(jié)能輝煌時代！未來的方式是，先恒壓，再線性恒流整合方式。電壓保證在一定范圍內適應負載需要，按LED有不同的Vf值33.6V之間，那按LED實際數(shù)量乘于3V計算出最低值，再按3.6V電壓乘于數(shù)量計算出最大可能電壓值，最終確定電源部分需要調整的電壓范圍。再線性恒流源后端恒流，可以多路恒流源并聯(lián)使用，也可以單路多個恒流源增加電流使用。前端電壓源部分采樣檢測恒流源壓差，調整合適負載需求電壓，從而達到高效、靈活

9、的驅動線路需求。四，LED驅動IC成長性值得期待LED驅動IC顧名思義，即是應用于在LED上的驅動芯片，主要是用來控制通過LED的電流，以達到使LED發(fā)光的效果，受惠于LED的應用面不斷擴大，LED驅動IC的發(fā)展也不斷進步，產(chǎn)業(yè)規(guī)模持續(xù)擴大，成長性值得期待。LED發(fā)光原理是將電能轉換為光，也就是對化合物半導體施加電流，透過電子與電洞的結合，過剩的能量會以光的形式釋出，達成發(fā)光的效果。由于發(fā)光亮度由電流大小決定，通過LED的電流越強，亮度就越亮，因此，電流的穩(wěn)定度將影響LED發(fā)光的質量，一般在控制LED電流的方法會采用供應固定電壓的方式，并以電阻的方式調整通過LED的電流強度，這是成本最低的解決

10、方案，這樣做的缺點是，電阻不但增加功耗，無法達到節(jié)電的效果，也會增加熱能，降低LED壽命，同時，當電源供應來源的電壓產(chǎn)生變化時，無法及時調整通過LED的電流量，因而可能產(chǎn)生LED發(fā)光不穩(wěn)定的現(xiàn)象。由于控制LED電流的要求提升，LED驅動IC的需求亦應運而生，預估在LED背光源應用大幅成長以及LED大型廣告牌分辨率持續(xù)提高下，采用可提供精確電流的LED驅動IC將成為市場的主流。五，2015年LED驅動IC市場營收達到近35億美元據(jù)市場研究機構 Strategies Unlimited 預測，LED驅動（LED driver） IC市場營收規(guī)模將由 2010年的近20億美元，在2015年達到近35

11、億美元，期間平均復合年成長率（compound annual growth rate，CAGR）為12%。該機構并指出，LED背光所需的LED驅動IC，會是該市場的成長主力，熱門應用包括側光式電視與顯示器，LED照明則是下一個具潛力的應用。· 不過Strategies Unlimited 也指出，LED驅動市場規(guī)模擴大的同時，可能伴隨產(chǎn)品價格的下滑;此外，AC-LED產(chǎn)品雖使得所需驅動IC數(shù)量縮小、甚至不需要驅動IC，但并不會對預測期間的該市場營收產(chǎn)生顯著沖擊，甚至有助于加速LED照明產(chǎn)品市場滲透率成長。Strategies Unlimited估計照明用LED驅動IC市場成長率，在2

12、0102015年間可達40%；該領域技術所面臨挑戰(zhàn)包括可調光（dimming）技術、省電效能、功率因子（power factor）與價格。1、主要供貨商以國際IC大廠為主LED驅動IC由于控制電子產(chǎn)品的LED發(fā)光質量，因此芯片的質量及穩(wěn)定度相當重要，相較之下，國際大廠設計能力較佳，品牌知名度與質量保證也有較高水平，在此一市場占有較大的占有率，而在價格方面，由于LED驅動IC占終端電子產(chǎn)品的成本比重相當?shù)?，廠商通常不會以價格做為首要考慮，主要是產(chǎn)品特性與產(chǎn)品信賴度能達到要求，而且在LED驅動IC通過電子產(chǎn)品認證進入供應煉后，一般也不會輕易更換供應廠商。2、全球前10大LED驅動IC供應商占產(chǎn)值的

13、55%數(shù)據(jù)統(tǒng)計顯示，全球前10名的LED驅動IC供應商，占據(jù)了整個產(chǎn)值的55%，約30集成電路供應商和下屬制造商分享了余下的44%。隨著美國國家半導體公司被德州儀器收購，德州儀器是目前排名第一的LED驅動IC 供應商。德州儀器（TI）在2010年擁有17%的市場份額。美國國家半導體公司（NSC）排名第二。盡管國家半導體公司已經(jīng)被德州儀器收購，但直到2011年底才會徹底并入德州儀器。因此兩家公司在2011年仍然彼此獨立。 Mitess表示，TI和NSC兩家公司合并后，將會牢牢占據(jù)LED驅動IC四分之一的市場。在技術方面，憑借著先進的高壓BCD工藝，能夠在200毫米或更大直徑的晶圓上進行生產(chǎn)制造，

14、在未來的LED驅動器市場， 德州儀器將發(fā)揮至關重要的作用。3、臺企來勢洶洶，加快布局LED驅動IC據(jù)了解， LED急劇擴張下，企業(yè)紛紛爭奪驅動IC市場。臺灣地區(qū)，臺積電、聯(lián)電、鴻海、臺達電等龍頭廠商為掌握led燈源和背光源模塊關鍵組件，競相部署旗下的LED驅動IC廠。除此之外，為拓展營運版圖，國內奇美、友達兩大面板龍頭的垂直整合布局已從LED擴展至LED驅動IC，聚積科技不斷推出新技術產(chǎn)品，為品牌搖旗吶喊。相關數(shù)據(jù)顯示，2011年，臺灣整體LED驅動IC需求量達2.7億顆，出貨將增128.4%。隨著臺灣IC設計業(yè)者在產(chǎn)品技術陸續(xù)到位后，將以較優(yōu)異的供應鏈彈性和較低價格，相比國際IC廠商，獲得更

15、強勁的出貨量。因此，預估2011年，臺灣驅動IC將達1.3億顆，較2010年5740萬顆大幅成長128.4%，優(yōu)于同期國際晶片供應廠商52.2%成長幅度。4、內地led驅動ic供貨商能否崛起？“首先臺灣聚積的驅動IC在市場上占領主導地位，隨著降價的普遍，聚積也會降低價格，只要略微降一點點，其他的客戶就會接收”，張總表示目前聚積的驅動IC在臺灣，及國內外一些大企業(yè)的LED顯示屏都有身影。未來市場是一家獨大還是百家爭鳴，LED驅動IC的市場究竟誰主沉浮？士蘭微陳幫勇說，他預料，中國大陸本地驅動及控制IC供貨商將由分散逐漸走向集中，且隨著本土LED顯示屏驅動及控制IC在性能指針上的快速提升，已經(jīng)可以

16、跟海外的產(chǎn)品相媲美。他說，由于大陸本土IC供貨商有著良好的服務和較低的價格，在LED顯示屏的驅動及控制領域，預料大陸本土IC的市場占有率會進一步提升。· 對于中國市場，美國國家半導體亞太區(qū)市場經(jīng)理黎志遠引用iSuppli公司對中國LED驅動器IC市場的預測，在全球經(jīng)濟和電子產(chǎn)業(yè)沉陷衰退之際，中國LED驅動器IC市場快速增長，預計2013 年，中國LED 市場將達到1.39 億美元。業(yè)內人士預測，在未來3到5年內，國內將會產(chǎn)生驅動IC的龍頭企業(yè)，形成鼎立局面。六，LED電源和驅動電路主要技術概況1、電壓變換技術 電源是影響LED光源可靠性和適應性的一個重要組成部分必須作重點考慮。目前我

17、國的市電是220V的交流電，而LED光源屬半導體光源，通常是用直流低電壓供電，這就要求在這些燈具中或外部設置AC-DC轉換電路，以適應LED電流驅動的特征。目前電源選擇的途徑有開關電源、高頻電源、電容降壓后整流電源等多種，根據(jù)電流穩(wěn)定性，瞬態(tài)過沖以及安全性、可靠性的不同要求作不同選擇。 2、電源與驅動電路的壽命與成本 LED壽命方面，雖然單顆LED本身的壽命長達10萬小時，但其應用時必須搭配電源轉換電路，故LED照明器具整體壽命必須從光電整合應用加以考慮。但對照明用LED,為達到匹配要求，電源與驅動電路的壽命必須超過10萬小時，使其不再成為半導體照明系統(tǒng)的瓶頸因素。在考慮長壽命的同時又不能增加

18、太多的成本，電源與驅動電路的壽命與成本的通常不宜超過照明系統(tǒng)總成本的三分之一，在半導體照明燈具產(chǎn)品發(fā)展的初期，必須平衡好電源與驅動電路的壽命與成本的關系。 3、驅動程序的可編程技術 LED用作光源一個顯著的特點就是在低驅動電流條件下仍能維持其流明效率，同時對于R.G.B.多晶型混光而形成白光來說，通過開發(fā)一種針對LED的數(shù)字RGB混合控制系統(tǒng)，使用戶能夠在很大范圍內對LED的亮度，顏色和色調進行任意調節(jié)，給人以一種全新的視覺享受。在城市景觀亮化應用方面，LED光源可在微處理器控制下可以按不同模式加以變化，形成夜晚的多姿百態(tài)的動態(tài)效果，在這方面將體現(xiàn)LED相對于其它光源所具有的獨特的競爭優(yōu)勢。4

19、、電源與驅動電路的效率 LED電源與驅動電路，既要有一定的供LED所需的接近恒流的正向電流輸出，又要有較高的轉換效率，電光轉化效率是半導體照明的一個重要因素，否則就會失去LED節(jié)能的優(yōu)點，目前商業(yè)化的開關電源其效率約為80%左右，作為半導體照明用電源，其轉換效率仍須進一步提升。七，LED驅動技術發(fā)展趨勢1、針對LED的特點開發(fā)一系列恒壓恒流控制電子電路，利用集成電路技術將每顆LED的輸入電流控制在最佳電流值，使得LED能獲得穩(wěn)定的電流，并產(chǎn)生最高的輸出光通量。LED驅動電路在輸入電壓和環(huán)境溫度等因素發(fā)生變動的情況下最好能控制LED電流的大小。2、LED驅動電路具有智能控制功能，使LED的負載電

20、流能夠在各種因素的影響下都能控制在預先設計的水平上。當負載電流因各種因素而產(chǎn)生變化時，初級控制IC可以通過控制開關使負載電流回到初始設計值上。 3、在控制電路電路設計方面，要向集中控制，標準模塊化，系統(tǒng)可擴展性三方面發(fā)展。 4、在目前LED光效和光通量有限的情況下，充分發(fā)揮LED色彩多樣性的特點，開發(fā)變色LED燈飾的控制電路。· 五、LED照明驅動方案選擇1，1 W 至8 W 方案1 W 至8 W 的低功率LED 通用照明應用包括G13、GU10、PAR16、PAR20和嵌燈等。這類應用的輸入電壓范圍在交流90 至264 V 之間，恒流輸出電流包括350 mA 和700 mA 兩種，

21、能效要求為80%，還要求提供短路和過壓保護等特性。這類應用可以采用安森美半導體的NCP1015 自供電單片開關控制IC。該器件集成了固定頻率(65/100/130 kHz)電流模式控制器和700 V 的高壓MOSFET，具備構建強固的低成本電源所需的全部特性，如軟啟動、頻率抖動、短路保護、跳周期、最大峰值電流設定點及動態(tài)自供電功能(無需輔助繞組)等。NCP1015 既可用于隔離型方案，也可用于非隔離型方案，見圖1。圖1 基于NCP1015 的1 W 至8 W 隔離型(a)及非隔離型(b)LED 照明方案值得一提的是， “能源之星”新版固態(tài)照明標準的一個重要特點是要求多種住宅照明產(chǎn)品的功率因數(shù)最

22、低達到0.7。這類LED 照明應用的功率一般在1 W至12 W，最適宜采用隔離型反激電源拓撲結構。但是，現(xiàn)有標準設計技術的功率因數(shù)通常不到0.6。要改善功率因數(shù)，輕松符合“能源之星”要求，可結合優(yōu)化的NCP1014LEDGTGEVB 評估板，采用安森美半導體的離線型8 W LED 驅動器參考設計。安森美半導體的NCP1014LEDGTGEVB 評估板可驅動1 至8 顆大功率高亮度LED。該設計基于集成了帶內部限流功能的高壓電源開關的緊湊型固定頻率脈寬調制(PWM)轉換器NCP1014 構建。由于NCP1014 采用固定頻率工作，電流不能上升到高于某個特定點；導通時間的限制使輸入電流將跟隨輸入電

23、壓的波形，從而提供更高的功率因數(shù)。評估板電路圖見圖2。圖2 NCP1014LEDGTGEVB 電路圖2，8 W 至25 W 方案(無PFC 及有PFC)在8 W 至25 W AC-DC LED 照明應用中，一種方案不要求功率因數(shù)校正(PFC)，另一種需要符合“能源之星”固態(tài)照明(SSL)規(guī)范規(guī)定的強PFC 要求。該標準適用于一系列特定產(chǎn)品，如嵌燈、櫥柜燈及臺燈，其中，住宅應用的LED驅動器功率因數(shù)須大于0.7，商業(yè)應用須大于0.9。不需要 PFC 的8 W 至25 W AC-DC LED 照明的典型應用如PAR30、PAR38和嵌燈。這類應用的輸入電壓要求為85 至135 Vac 或185 至

24、264Vac，能效要求大于80%，提供短路保護及開路保護等特性，恒流輸出電流為350 mA、700mA 及1 A 等。為此，可以采用安森美半導體的NCP1028 或NCP1351。NCP1028是一款增強型單片開關控制IC，提供800 mA 峰值電流，還提供過功率保護、內置斜坡補償及輸入欠壓保護等特性，適合在通用寬電源輸入應用中提供幾瓦至15 W 的輸出功率。圖3 基于NCP1028和NCP1351的8-15/25W AC-DC LED照明方案（無PFC）要求 PFC 的8 W 至25 W AC-DC LED 照明的典型應用同上，輸入電壓規(guī)格為90 至264 Vac，其他指標與不需要PFC 的

25、應用相同，而功率因數(shù)要求高于0.9。這類應用適合采用安森美半導體的NCL30000 單段式功率因數(shù)校正LED驅動器。單段式拓撲結構無需專用PFC 升壓段，減少了元器件數(shù)量，降低了系統(tǒng)總成本。NCL30000 滿足IEC C 類諧波含量要求，可直接驅動LED，具備精確恒流輸出控制，在5 W 至15 W 較低輸出功率時能效高于80%，典型能效高于83%，并支持TRIAC 等現(xiàn)有調光方案。圖4 基于NCL30000的8-25W AC-DC LED照明方案（有PFC）3，50 W 至200 W 方案功率高于50 W 的AC-DC LED 應用廣泛用于街道照明及大功率區(qū)域照明。其輸入電壓規(guī)格為90 至2

26、64 Vac，功率因數(shù)高于0.9，能效大于85%，提供短路及過壓保護，恒流輸出為350 mA、700 mA 和1 A。此類應用可以采用單段式PFC LED 驅動器NCL30001 、CrM PFC+ QR PWM 驅動器NCP1607+NCP1377，以及CrM PFC+ LLC PWM 驅動器NCP1607+NCP1397或NCP1392/3，以滿足不同需求。圖5 基于NCL30001的40-150W AC-DC LED照明方案4，便攜設備及液晶電視LED 背光方案隨著LED性能及成本的改善，現(xiàn)在LED被廣泛應用在便攜設備和大尺寸LCD背光中。便攜應用要求延長電池使用時間，減小占板面積和高度

27、。安森美半導體的多種低壓便攜產(chǎn)品背光應用LED 驅動器方案可用于線性、電感型及電荷泵型等不同拓撲結構。其中，電感型方案總能效最佳，電荷泵型方案的占板面積和高度最小，線性驅動器則適合簡單背光應用。· 安森美半導體的CAT3200、NCP5602、NCP5612、NCP5623、CAT3606、CAT3616、CAT3626、CAT3603、CAT3604、CAT3614、NCP5603 等支持電荷泵方案的不同調光型產(chǎn)品，如單模、雙模、三?；蛩哪７桨傅?。以NCP5623為例，這是一款高能效LED 驅動器，帶有I2C 接口，內置漸進調光功能，特別適用于驅動手機等便攜產(chǎn)品的RGB LED 裝飾光和增強型LCD 背光。它可實現(xiàn)94%峰值能效和低于1 微安的待機電流，將便攜設備電池工作時間延至最長。該器件封裝極小，僅需4 個無源元件，并具備短路和過壓保護功能。采用NCP1397 和CAT4026的46 英寸液晶電視背光方案由LED 背光轉換器(NCP1397 等器件)和LED 控制器(CAT4026 等器件)組成。安森美半導體的NCP1397 初級端控制器配合帶正向電壓監(jiān)測功能的6 通道線性