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低压LED芯片将被高压取代 引发市场转变

信息来源: 电子市场 发布时间:2013年1月22日

  LED作为一种新型的绿色光源产品,以节能、环保、寿命长、体积小等特点,可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。随着社会的发展,优胜劣汰的环境必然有些产品将要淘汰或被取代,高压LED芯片以其独特的特性将取代低压LED芯片。

  采用高压LED来开发LED通用照明灯具产品,总体功耗可以大大降低,从而大幅降低对散热外壳的设计要求,如我们可用更薄更轻的铝外壳就可满足 LED灯具的散热需求,由于散热铝外壳的成本是LED照明灯具的主要成本组成部分之一,铝外壳成本有效降低也意味着整体LED照明灯具成本的有效降低。比较二样,低压LED芯片由于无法最大程度体现芯片驱动,将被逐渐淘汰。

  LED照明优势无法体现关键在于低压驱动芯片

  LED光源使用寿命长、节能省电、应用简单方便、使用成本低,因而在家庭照明都将得到海量的应用。LED光源的技术日趋成熟,每瓦发光流明迅速增长,促使其逐年递减降价。LED灯具的高节能、长寿命、利环保的优越性能获得普遍的公认。

  LED光源工作特点照明用LED光源的VF电压都很低,一般VF=2.75-3.8V,IF在15-1400mA;因此LED驱动IC的输出电压是VFXN或VFX1,IF恒流在15-1400mA.LED灯具使用的LED光源有小功率(IF=15-20mA)和大功率(IF> 200mA))二种,小功率LED多用来做LED日光灯、装饰灯、格栅灯;大功率LED用来做家庭照明灯、射灯、水底灯、洗墙灯、路灯、隧道灯、汽车工作灯等。功率LED光源是低电压、大电流驱动的器件,其发光的强度由流过LED的电流大小决定,电流过强会引起LED光的衰减,电流过弱会影响LED的发光强度,因此,LED的驱动需要提供恒流电源,以保证大功率LED使用的安全性,同时达到理想的发光强度。在LED照明领域,要体现出节能和长寿命的特点,选择好LED驱动IC至关重要,没有好的驱动IC的匹配,LED照明的优势无法体现。LED灯具对低压驱动芯片的要求:

  1、驱动芯片的封装应有利于驱动芯片管芯的快速散热,如将管芯(Die)直接绑定在铜板上,并有一Pin直接延伸到封装外,便于直接焊接在 PCB板的铜箔上迅速导热。如在一个类似4X4mm的硅片管芯上,要长时间通过300-1000mA的电流,必然有功耗,必然会发热,芯片本身的物理散热结构也是至关重要的。

  2、驱动芯片本身的抗EMI、噪音、耐高压的能力也关系到整个LED灯具产品能否顺利通过CE、UL等认证,因此驱动芯片本身在设计伊始就要选用优秀的拓朴结构和高压的生产工艺。

  3、驱动芯片自身功耗要求小于0.5W,开关工作频率要求大于120Hz,以免工频干扰而产生可见闪烁。LED绿色照明促使驱动芯片向创新设计发展,LED灯具照明是离不开驱动芯片的,因此需要多种功能的LED光源驱动IC.LED灯具选用36V以下的交流电源可以考虑非隔离供电,如选用 220V和100V的交流电源应考虑隔离供电。直接使用AC100-220V的驱动芯片,因应用体积苛求,在技术上还有更高的要求、更大的难度,目前各国都在努力开发中。LED灯具的海量需求市场给所有集成电路设计公司再次成功的机会,快速转型、早出产品,赢的机会多多。

  4、驱动芯片的标称输入电压范围应当满足DC8-40V,以覆盖应用面的需要,耐压如能大于45V更好;AC12V或24V输入时简单的桥式整流器输出电压会随电网电压波动,特别是电压偏高时输出直流电压也会偏高,驱动IC如不能适应宽电压范围,往往在电网电压升高时会被击穿,LED光源也因此被烧毁。

  5、驱动芯片的标称输出电流要求大于1.2-1.5A,作为照明用的LED光源,1W功率的LED光源其标称工作电流为350mA,3W功率的 LED光源其标称工作电流为700mA,功率大的需要更大的电流,因此LED照明灯具选用的驱动IC必需有足够的电流输出,设计产品时必需使驱动IC工作在满负输出的70-90%的最佳工作区域。使用满负输出电流的驱动IC在灯具狭小空间散热不畅,容易疲劳和早期失效。

  6、驱动芯片的输出电流必需长久恒定,LED光源才能稳定发光,亮度不会闪烁;同一批驱动芯片在同等条件下使用,其输出电流大小要尽可能一致,也就是离散性要小,这样在大批量自动化生产线上生产才能有效和有序;对于输出电流有一定离散性的驱动芯片必选在出厂或投入生产线前分档,调整PCB板上电流设定电阻(Rs)的阻值大小,使之生产的LED灯具恒流驱动板对同类LED光源的发光亮度一致,保持最终产品的一致性。

  低压LED芯片不适应LED通用照明市场将被淘汰

  LED通用照明市场今天之所以吊足了大家的胃口,吸引了这么多人的关注,原因不外乎以下三方面,第一,它的市场够大;第二,今年底或明年初,LED通用照明市场的元年就将来到,亦即LED照明灯具占总体照明灯具的比例将超过10%;第三,与白炽灯、荧光灯和节能灯市场基本上被GE、飞利浦和OSRAM等少数几家供应商垄断不同,今天这些大灯具供应商生产的LED照明灯具只占全部灯具市场的10%左右,亦即LED通用照明市场还不是一个垄断市场,大家都还有机会在里面玩。

  不过,今天大多数LED芯片供应商面临一个出局的危险,因为他们今天生产的低压LED芯片将越来越难以卖进LED通用照明市场。为什么呢?因为高压LED出现了,高压LED相比低压LED有二大明显竞争优势:

  第一,在同样输出功率下,高压LED所需的驱动电流大大低于低压LED.如以晶元光电的高压蓝光1WLED为例,它的正向压降高达50V,也即它只需20mA驱动电流就可以输出1W功率,而普通正向压降为3V的1WLED,需要350mA驱动电流才能输出1W功率,因此同样输出功率的高压LED 在工作时耗散的功率要远低于低压LED,这意味着散热铝外壳的成本可大大降低。

  第二,高压LED可以大幅降低AC-DC转换效率损失。以10W输出功率为例,如果采用正向压降为50V的1W高压LED,输出端可以采取2并 4串的配置,4个串联LED的正向压降为200V,也就是说只需从市电220V交流电(AC)利用桥式整流及降20V就可以了。但如果我们采用正向压降为 3V的1W低压LED,即便10个串在一起正向压降也不过30V,也就是说需要从220VAC市电降压到30VDC.我们知道,输入和输出压差越低,AC 到DC的转换效率就越高,可见如采用高压LED,变压器的效率就可以得到大大提高,从而可大幅降低AC-DC转换时的功率损失,这一热耗减少又可进一步降低散热外壳的成本。

  由此可见,高压LED可以带来LED照明灯具成本和重量的有效降低,但其更重要的意义是大幅降低了对散热系统的设计要求,从而有力扫清了LED照明灯具进入室内照明市场的最大技术障碍。因此,高压LED将主导未来的LED通用照明灯具市场。

  从上我们看出,用高压LED来开发LED通用照明灯具产品,可以使总体功耗可以大大降低,大幅降低AC-DC转换效率损失,从而大幅降低对散热外壳的设计要求,而低压LED芯片由于无法最大程度体现芯片驱动,所以将被高压LED所取代,低压LED芯片的淘汰已成必然。

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