高功率因數(shù)成關鍵指標，LED電源驅(qū)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(chǎn)品既要增加能源效率，又要改善功率因數(shù)，并保證產(chǎn)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(chǎn)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(qū)動方面，新型IC驅(qū)動產(chǎn)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(nèi)照明應用的興起，目前AC/DC LED驅(qū)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(nèi)涉及AC/DC電源驅(qū)動IC設計、開發(fā)、生產(chǎn)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(chǎn)品價格幾乎起到?jīng)Q定性的作用，用戶對上游LED電源驅(qū)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(qū)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(jīng)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(jīng)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(qū)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(qū)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(qū)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(qū)動IC部分，大部分廠商在產(chǎn)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(qū)動電源的成本。

安森美(ON Semiconductor)半導體照明市場技術行銷經(jīng)理林志彥介紹道：“當前LED電源驅(qū)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(qū)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(diào)光引腳(DIM)，配合寬范圍的脈沖調(diào)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(chǎn)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(chǎn)品（如：iW3616、iW3617），其特殊之處在于采用了雙極結(jié)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(chǎn)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(diào)光兼容性，據(jù)介紹，新產(chǎn)品的效率提高了5至10％，與上一代產(chǎn)品相比總BOM成本降低了約20％。iWatt固態(tài)照明產(chǎn)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(qū)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(qū)動IC內(nèi)，大大簡化了用戶的設計工作，以利于節(jié)約產(chǎn)品的開發(fā)成本，而對于那些并不需要調(diào)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(qū)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(chǎn)品市場經(jīng)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(jié)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(zhuǎn)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(zhuǎn)向采用降壓和降壓-升壓式拓撲結(jié)構的非隔離驅(qū)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(zhuǎn)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(qū)動模塊放在約1/2管高的體積內(nèi)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(qū)動模塊需要置入最高僅為8mm的燈管內(nèi)，要求包括驅(qū)動IC芯片在內(nèi)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(qū)動IC能夠支持整體電源模塊提供較高的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換器，可以在降壓和降壓-升壓式拓撲結(jié)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(diào)光/非調(diào)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(qū)動器技術與一個730 VAC功率MOSFET相結(jié)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(nèi)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(qū)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(diào)光兼容性

根據(jù)對美國住宅照明市場的調(diào)查顯示，在所有家居照明中有10-15%的燈泡接的是在線可調(diào)光電路，從已經(jīng)安裝的壁式調(diào)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(diào)光LED驅(qū)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(jīng)開始強調(diào)實現(xiàn)調(diào)光控制，他們要求LED產(chǎn)品具備良好的調(diào)光兼容性(如模擬及數(shù)字調(diào)光等)，使得用戶無需受到指定調(diào)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(qū)動器供應商來說，要讓LED驅(qū)動器與各種不同的切相式調(diào)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(nèi)進行動態(tài)調(diào)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(diào)光器的種類，快速地對調(diào)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(diào)光器時，由于輸入信號斬波的原因，輸出的LED電流將產(chǎn)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(diào)光器的信號轉(zhuǎn)換為高頻的PWM輸出電流，以避免波紋和閃爍。我們新的產(chǎn)品系列還提供多種調(diào)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(diào)光，如模擬、數(shù)字(PWM)或三端雙向可控硅開關器件(TRIAC)調(diào)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(diào)光LED驅(qū)動器，也可以采用LV5026/29系列高功率因數(shù)可調(diào)光LED驅(qū)動器?！绷种緩┙榻B，“LV5026兼容TRIAC調(diào)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(qū)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(qū)動(HVLED)模式的產(chǎn)品。高電壓低電流驅(qū)動最重要的優(yōu)勢是在于能夠協(xié)助降低電源轉(zhuǎn)換器的直流損失，此外，也有廠商建議高電壓低電流驅(qū)動最好采用非隔離式設計為宜。

聚積科技產(chǎn)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(jīng)消失，同時一般來說隔離架構需要用到變壓器，會產(chǎn)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(zhuǎn)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(nèi)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(chǎn)品將在今年年底推出。”