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室内照明用LED驱动IC技术的现状与发展方向

作者:时间:2011-07-28来源:网络
LED光源作为绿色、节能、省电、长寿命的第四代照明灯具而异军突起、广受关注、如火如荼迅速发展。目前的LED光源是低电压(VF=2→3.6V)、大电流(IF=200→1500mA)工作的半导体器件,必须提供合适的直流电流才能正常发光。直流(DC)驱动DC LED光源发光的技术已经越来越成熟,由于我们日常照明使用的电源是高压交流电(AC100-220V),所以必须使用降压的技术来获得较低的电压,常用的是变压器或开关电源降压,然后将交流电(AC)变换成直流电(DC),再变换成直流恒流源才能促使LED光源发光。

因此直流驱动LED光源的系统应用方案必然是:变压器+整流或开关电源+恒流源。LED灯具里必然要有一定的空间来安置这个电源模块,但是对于E27标准螺口的灯具来说空间十分有限,很难安置。无论是经由变压器+整流或是开关电源降压,系统都会有一定量的损耗,DC LED灯具在交流、直流电之间转换时约15~30%的电力被损耗,系统效率很难做到90%以上。如果能用交流电(AC)直接驱动LED光源发光,系统应用方案将大大简化,系统效率将很轻松地达到90%以上。

由此看来LED驱动IC在LED灯具中是至关重要的器件。目前国内照明LED 驱动 IC开发、生产厂家已有十多家。的特性要求是电流输出的一致性与恒定性。目前国内照明LED 驱动 IC产品技术都还是采用传统的DC/DC降压、升压恒流的模式,和由PWM控制器组成的恒流源电路,目前这二类技术尚处在产品发展的初级阶段,特别是限于低压的晶圆片的生产工艺,影响日益需求量大的较高电压应用。随着照明应用领域的扩展正在向中高级和高度集成、多芯片封装(CMC)技术方向发展。

LED光源应用的基本技术要素是必须满足它的VF(正向电压)和IF(正向电流)需求,VF是为LED光源建立一个正常的工作状态,IF是促使LED光源发光,其亮度与电流大小成正比;顺应照明LED驱动IC技术的发展,LED驱动IC的输入电压(Vin)范围将更宽广(DC5C-45V),输出恒流精度更高(1%);鉴于越来越多的LED灯具选用多颗大功率LED串联应用技术,要求新一代LED驱动IC输出耐压提高到60V-100V,这就需要用高压工艺来生产LED驱动IC的晶圆片;LED驱动IC输出耐压提高为它在汽车电子、汽车灯具、高光照明等高电压要求的市场打开新的市场门路。

华润矽威科技有限公司是比较早介入LED 驱动 IC设计生产的国内集成电路设计公司,它的PT4115是一个典型的Vin宽电压输入(DC6V-30V)、大电流恒流输出(1.2A)的DC/DC降压LED 驱动 IC,PT4115 是一款连续电感、电流导通模式的降压恒流源,它具有较宽的直流6V到30V输入电压范围,击穿电压>45V,输出200mA--1200 mA恒定直流,可满足驱动点亮1-7颗串联的大功率LED或N颗串并联的小功率LED,驱动恒流大小可按应用方案设定。PT4115采用频率抖动技术有效地改善EMI;采用从满量程向下到零的PWM调光,安全可靠,调光比可达5000:1;采用SOT89-5的封装,芯片的管芯(Die)可通过直接连通到封装外的金属板(Exposed PAD)散热,导热十分有效。PT4115内部设置了过温保护功能(TSD),以保证系统稳定可靠的工作。当IC 芯片温度超出160℃,IC 即会进入TSD 保护状态并停止电流输出,而当温度低于140℃ 时,IC即会重新恢复至工作状态。PT4115可利用模拟调光的原理以及温度对LED电流的负反馈实现LED灯具动态温度控制,只要在调光端(DIM)加一热敏电阻或PN结即可。加上整流桥PT4115可应用于交流12V、24V供电的LED灯具。PT4115的应用十分简洁,周边零件仅四个。PT4115的工作效率高达97%,是真正的绿色驱动IC。PT4115广泛应用于使用LED灯的MR11、MR16、水底灯、路灯等各类LED灯具。为了有效地缩短LED灯具厂商的设计周期,华润矽威一步到位的推广模式向LED灯具厂商提供可直接用于MR16生产的DEMO板、电路图、PCB板图、BOM表,对初次使用客户提供及时而周到的技术支持。

照明用LED 驱动IC

LED光源是一种长寿命光源,理论寿命可达50000小时,但是应用电路设计不合理、电路元器件选用不当、LED光源散热不好,都会影响它的使用寿命。特别是在应用电路里,作为AC/DC整流桥的输出滤波器的电解电容器,它的使用寿命在5000小时以下,这就成了制造长寿命LED灯具技术的拦路虎,唯一可行的先进解决方案是设计生产可以在应用电路里省去电解电容器的新一代LED驱动IC,日本タキオン新的LED驱动IC--TK5401设计无需在应用电路上使用电解电容器,寿命可达4-5万小时,正好与LED寿命匹配。使用此款IC可使PCB板面积缩小至原来的40%,真真是节省了电源模块的空间,这也是LED灯具设计所要斤斤计较的。

对新一代LED驱动IC的设计必须打破传统的DC/DC拓扑结构设计理念,如采用恒功率、不采用磁滞控制的降压型而采用定频定电流控制、解决使用卤素灯电子变压器所产生的灯源闪烁和多灯并联不亮问题等等;还必须解决LED驱动IC在多种应用电路中能过EMC、安规、CE、UL等认证;应用电路力求简洁、使用元器件少也是客户降低成本所梦寐以求,和市场竞争所必须的;隔离与非隔离的应用历来是商家在安全与效率之争焦点;提高PWM控制器的占空比等等。

0.5W-3W的LED光源与LED 驱动 IC集成在一个CMC封装内的新一代芯片已经小批量生产,显示LED 驱动 IC正在向高度集成化的多芯片CMC封装方向发展;可用交流电(AC)直接驱动发光的新一代、特殊拓扑结构AC LED光源生产技术的日趋成熟,将开创LED照明技术的又一新纪元。

IC厂家向最终用户提供可直接用于生产的方案,使产业链的上、下游直接对接,省时省钱、快出产品广受欢迎。

近几年来集成电路生产厂家为更快地将集成电路新产品能在短时间内能让最终产品生产公司投入大批量生产应用,缩短客户的设计周期,作为研发生产集成电路的上游企业纷纷加强最终产品应用端的系统应用方案的开发,采用交钥匙工程的模式,使购买主芯片的下游终端工厂能直接按此方案在短期内生产可在短时间内上市。如台湾MTK提供选用其手机芯片可用于直接生产手机的系统方案;华润矽威科技有限公司设计、生产LED 驱动 IC,并向LED灯具生产厂家提供可直接用于生产MR16、E27、PAR30、PAR38、日光灯的DEMO和电路图、材料清单(BOM表)。这已成为生产集成电路的上游企业与生产最终产品的下游企业更紧密合作、共生存、共发展、共繁荣昌盛的必然趋势。

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