LED驅(qū)動(dòng)器壽命預(yù)測(cè)技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)(精)

1、提要:LED 是一種固體光源，當(dāng)它兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子和多 數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，放出的過(guò)剩能量將引起光子發(fā)射。與熒光燈的電子鎮(zhèn)流器不同 LED 驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是將交流電 壓轉(zhuǎn)換為恒流電源，并同時(shí)完成與 LED 的電 壓和電流的匹配。LED 是一種固體光源，當(dāng)它兩端加上正向電壓，半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子和多數(shù)載 流子發(fā)生復(fù)合，放出的過(guò)剩能量將引起光子發(fā)射。采用不同的材料，可制成不同顏色有發(fā)光二極管。作為一種新的光源，近年來(lái)各大公司和研究機(jī)構(gòu)對(duì) LED 的研究方 興未艾，使其光效 得以大大提高，Lumiled 公司目前已研發(fā)并生產(chǎn)出光效達(dá)到 90Lm/W 的白色 LED ,已達(dá)到白

2、 熾燈的水平。LED 驅(qū)動(dòng)電源現(xiàn)狀標(biāo)準(zhǔn)電燈正在經(jīng)歷一場(chǎng)革命。出于保護(hù)能源和應(yīng)對(duì)全球氣候變暖的考慮，美國(guó) 一些州和 其它一些國(guó)家開(kāi)始禁止使用低能效的白熾燈泡。各種新技術(shù)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 的功耗僅為白熾燈的 20%,但卻含有有毒物質(zhì)汞。相比之下 丄 ED 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(yīng)用出現(xiàn)在上世紀(jì)七十年代，但因其光輸出極低，應(yīng)用范圍也僅 限于指示燈和計(jì)算器顯示屏等領(lǐng)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(jià)格也在逐年下降，因此它已成為主流照明應(yīng)用值得考慮的選擇之 一

3、。預(yù)計(jì)隨著 LED 技術(shù)的發(fā)展，到 2012 年其發(fā)光效率將達(dá)到 150 流明/瓦, 1000 流 明的成本將不足 5 美元,屆時(shí) LED 有望成為室內(nèi)照明的主要來(lái)源。2008 年的北京奧運(yùn)會(huì)通過(guò)眾多具體的產(chǎn)品形態(tài)和新技術(shù)的應(yīng)用為綠色奧運(yùn)、科技奧運(yùn)、人文奧運(yùn)等理念做了完美詮釋。LED 顯示產(chǎn)品，在 2008 年北京奧運(yùn)會(huì)的廣泛應(yīng)用，更是光芒閃爍，為 2008 北京奧運(yùn)會(huì)增添了絢爛異彩。近幾屆奧運(yùn)會(huì)中，LED 顯示幕都是奧運(yùn)比賽場(chǎng)館不可或缺的主要設(shè)施。2008年北京奧運(yùn)會(huì)新建和改建的體育場(chǎng)館數(shù)量眾多，規(guī)模空前，奧運(yùn)場(chǎng)館均采用了大量LED 顯示幕作為比賽實(shí)況播放和計(jì)分顯示的設(shè)備，顯示幕產(chǎn)品以全彩色

4、、高解析 度、數(shù)位化等為主。可以說(shuō),2008 年北京奧運(yùn)會(huì)所采用的 LED 顯示產(chǎn)品從數(shù)量到 技術(shù)水準(zhǔn)以及應(yīng)用方面都達(dá)到了一個(gè)新 的里程碑,這其中眾多國(guó)內(nèi) LED 顯示產(chǎn)品制 造企業(yè)擔(dān)當(dāng)了重要的角色。通過(guò)全球 LED 技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)廠商對(duì)材料、 工藝和封裝技術(shù)的努力改進(jìn)，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)的背光和顯示面板市場(chǎng)外，高亮度 LED開(kāi)始走向室 內(nèi)外普通照明、汽車(chē)內(nèi)外照明、探照燈、交通燈等全新應(yīng)用。這 些都預(yù)示著LED 驅(qū)動(dòng)電源 將有一個(gè)廣闊的應(yīng)用前景。面臨的問(wèn)題在 LED 大放異彩的同時(shí) 丄 ED 驅(qū)動(dòng)電源器則是 LED 產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展的保障，LED 電源的品質(zhì)直接制約了

5、 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(qū)動(dòng)電源的成熟也至關(guān)重要。就 LED 電源企業(yè)而言,2009 年 100W 左右 大功率電源市場(chǎng)的增幅 將會(huì)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(jià)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(chǎng)。由于 LED 是特性敏感的半導(dǎo)體器件，又具有負(fù)溫度特性，因而在應(yīng)用過(guò)程中需 要對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)定工作狀態(tài)和保護(hù)，從而產(chǎn)生了驅(qū)動(dòng)的概念。LED 器件對(duì)驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)，必須

6、要設(shè)計(jì)復(fù)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(guó)際市場(chǎng)上國(guó)外客戶對(duì)LED 驅(qū)動(dòng)電源的效率轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)一款好的電源必須要綜合考慮這 些因數(shù)，因?yàn)殡娫丛谡麄€(gè)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(jī)對(duì)世界經(jīng)濟(jì)的影響很大，但是歐美等國(guó)際市場(chǎng)對(duì)大功率LED 電源的需求量還是很大，相應(yīng)的高端 LED 產(chǎn)品的出口量受金融危機(jī)影響較 小。 2008年中國(guó) LED 應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)值已超過(guò) 450 億元 RMB , LED 示范應(yīng)用路燈、LED 全彩顯示屏顯示器件、 太陽(yáng)能 LED、景觀照明、消費(fèi)類(lèi)電子背光、信號(hào)、指

7、 示等應(yīng)用仍然是主要應(yīng)用領(lǐng)域。但是在市場(chǎng)一片繁榮的背景下，LED 產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，對(duì)驅(qū)動(dòng)電源的要求混亂 市場(chǎng)上 LED 產(chǎn)品如火如荼的發(fā)展態(tài)勢(shì)下,就 LED 驅(qū)動(dòng)電源企業(yè)而言,目前面臨幾 個(gè)挑戰(zhàn)。首先是驅(qū)動(dòng)電路整體壽命，尤其是關(guān)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(qū)動(dòng)器應(yīng)挑戰(zhàn)更高的轉(zhuǎn)換效率，尤其是在驅(qū)動(dòng)大功 率 LED 時(shí)更是如此，因?yàn)樗形醋鳛楣廨敵龅墓β识甲鳛闊崃亢纳?，電源轉(zhuǎn)換效率 的過(guò)低,影響了 LED 節(jié)能效果的發(fā)揮。 第三,以大調(diào)光比高效率地對(duì) LED 調(diào)光，同 時(shí)能夠保證在高和低亮度時(shí)顏色特性恒定。同 時(shí)要降低成本，目前在功率較小 (15W 的應(yīng)用場(chǎng)

8、合 恒流驅(qū)動(dòng)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(chǎng)推廣。展望未來(lái)從目前市場(chǎng)了解來(lái)看，LED 日光燈管式結(jié)構(gòu)應(yīng)用會(huì)較好發(fā)展。從家居照明來(lái)看,合適的照明強(qiáng)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(shè)計(jì) 10W 以上的功率，散熱會(huì)令我們很頭 痛也是影響成本的重要因數(shù)，顯然像燈泡結(jié)構(gòu)式的產(chǎn)品很不適合 LED 應(yīng)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(jié)構(gòu)符合 LED 散熱要求，也符合現(xiàn) 有燈具接口方式。廠商從成本考量，大多設(shè)計(jì)功率在 20W 以內(nèi)的 LED 燈管,

9、從不斷增長(zhǎng)的 LED 亮 度來(lái)說(shuō) 20W 符合未來(lái) LED 照明光源發(fā)展要求，待 LM 值達(dá)到 150LM/W 時(shí)，才是 LED 照明大呼節(jié)能輝煌時(shí)代！未來(lái)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(nèi)適 應(yīng)負(fù)載需要，按 LED 有不同的 Vf 值 33.6V 之間，那按 LED 實(shí) 際數(shù)量乘于 3V 計(jì)算出最 低值,再按 3.6V 電壓乘于數(shù)量計(jì)算出最大可能電壓值，最終 確定電源部分需要調(diào)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(gè)恒流源增加電流 使用。前端電壓源部分采樣檢測(cè)恒流源壓差 調(diào)整合適負(fù)載需求電壓，從而達(dá)到高效、靈活的驅(qū)動(dòng)線路需求。恒流源

10、需要低壓差線性恒流器件，線性恒流源有著很好的電流誤差，也會(huì)有很好 的灰度表現(xiàn)。在小電流時(shí)可以有 13V 的壓差，在大電流方面必須要 200300mV 低 壓差，才會(huì)有較高的效率，那樣線性恒流源需要另外供電?？傊?，隨著技術(shù)的不斷完善,我們的日常生 活回因 LED 而變得多姿多彩。隨著對(duì) LED 研究的進(jìn)一步深入，其光效將進(jìn)一步得到提高,而其成本將進(jìn)一步下 降,在不久的將來(lái) LED 取代白熾燈甚至熒光燈而發(fā)展成 21 世紀(jì)的一種主要的照明 光源將成為一種趨勢(shì)。與熒光燈的電子鎮(zhèn)流器不同，LED 驅(qū)動(dòng)電路的主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒 流電源,并同時(shí)完成與 LED 的電壓和電流的匹配。從 LED 的伏安曲線及數(shù)字模型看，LED 在正向?qū)ê笃湔螂妷旱募?xì)小變動(dòng) 將引起 LED 電流的很大變化，并且，環(huán)境溫度，LED 老化時(shí)間等因素也將改變影響 LED