LED照明方案大小功率的选择
所属分类：车灯/照明
2013-9-14 20:18:40 推荐指数：
不管是大功率的还是小功率的LED照明应用，一般都由电源、LED驱动器、LED、透镜和基板几部分构成，其中关键的元件是LED驱动器，它必须提供一个恒流输出才能保证LED发出的光不会忽明忽暗、以及不会发生LED色偏现象，它一般接受24V-48V的直流电压输入，但也有一些先进的LED驱动器可直接接受220V市电交流输入。
LED照明应用的主要设计挑战包括以下几个方面：散热、高效率、低成本、调光无闪烁、大范围调光、可靠性、安全性和消除色偏。这些挑战需要综合运用适当的电源系统拓扑架构、驱动电路拓扑结构和机械设计才能解决。
Diodes公司亚太区技术市场总监梁后权指出：“对设计师来说，最大的技术挑战将是高效率要求、光学设计、热管理和提高某些应用的可靠性，如高亮度LED街灯。我们现在提供的一系列LED照明解决方案覆盖从0.1W到250W的应用。”
“在LED照明系统的应用中，除了选择合适的LED产品，一个完整的LED照明设计还要包括光学设计、热设计、产品设计和电气驱动设计。由于LED是低压器件，因此将高压交流供电转换为LED使用的低压恒流驱动将面临许多挑战。”安森美半导体中国区高级应用经理郑宗前指出：“进一步说，为了保证LED照明的优势，LED电气驱动必须是可靠的、高效率的、安全的和低成本的。因此，针对不同的LED照明的应用，首先需要选择正确的驱动电路拓扑结构。”安森美半导体现可以提供从1W到500W功率范围内的全部LED照明解决方案。
为了快速推动LED照明市场的起飞，美国国家半导体公司(NSC)最近瞄准了一块非常庞大的白炽灯直接替代市场，即用LED灯直接替代现有家庭或其他应用市场中的白炽灯，并推出了一款针对该市场的直接市电输入LED驱动芯片LM3445。
不过，NSC亚太区电源管理产品市场营销经理吴志民表示：“白炽灯电灯已面世很多年，对于许多多年未改的技术标准，我们的家居照明系统一直也在沿用许多多年未改的技术标准，这个情况并非一朝一夕可以改变过来。例如，基于散热及照明角度等问题，原有的旧式电灯插座或装置并不适宜用来安装LED灯泡。但除了技术问题之外，成本效益也亦是使LED灯无法普及的最大原因。钨丝灯泡及霓虹光管的售价约为US$0.6-0.7/Klm，但目前LED灯的售价仍然高达US$40-50/Klm。”
正如以上所说，由于LED灯必须能够装设在原有的旧式插座之内，因此散热是一个必须克服的大问题。但严格来说，这可以利用机械工程技术解决的问题，LED系统生产商的责任是努力开发新技术，尽量提高LED的亮度(即每单位功率产生的流明量)。吴志民自信地说：“我们可以提供功效效率最高的LED驱动器，以确保可将整个灯光系统的散热量减至最少。”
LED的相对高成本是LED照明市场目前仍难以大规模起飞的主要障碍。例如，英飞凌科技有限公司电源管理业务部产品市场总监Alexander Sommer就说：“大多数小于25W的典型LED照明应用是标志灯、标识灯、以及替代标准的白炽灯和卤素灯。但与现有的荧光灯和白炽灯技术相比，LED初始成本仍然是进入大众市场的一个主要障碍。”
Cytech产品及设计部工程师徐瑞包也认同主要商业化挑战是成本。他说：“目前各种功率的LED照明系统在电路上都是可以实现的，技术挑战来自于终端应用的要求，比如应用于汽车，要考虑到光学设计以及整体散热设计等。商业化部署的挑战则主要来自于LED成本。”
LED照明设计的散热考虑
25W以下的LED照明系统一般设计用于像阅读台灯、走廊灯、客厅射灯、家用餐灯、小夜灯等应用，客户一般希望这类应用设计得越小巧越好，因此其PCB能安放的设计空间相对来说比较小，因此长时间使用时封装空间内的温度有可能会很高。由于设计师不太可能在其内安装一个散热风扇，因此它的散热设计就变得非常关键和重要。
“大多数小于25W的低功率LED照明应用要求一定程度的小型化。这常常导致更高的功率密度，尽管功耗不是很大。足够的散热管理措施必须通过改进的机械结构提供。此外，高电气效率有助于降低功耗。”Alexander Sommer指出，“如果需要进一步减少热阻，这可以通过电气隔离来做到，因为它可以实现最高效率的热传递。这些方法也允许实现优化的流明输出。”
另一种防止LED长时间工作过热问题的思路是采用调光解决方案。飞兆半导体公司高压IC产品行销经理SangCheol Her表示：“相比荧光灯和白炽灯，采用调光解决方案是降低LED功耗的重要途径，这种方案利用调光控制器来实现。尤其是对于小于25W的LED驱动解决方案，由于PCB尺寸小，而封装空间有限，散热问题无可避免，所以该方案更显重要。”
事实上，在这个功率范围内，LED照明灯将会取代卤素灯和紧凑型荧光灯(CFL)。此外，先进的技术为了摆脱散热问题，必须去掉对温度变化敏感的无源组件如电解电容。然而，目前大多数LED驱动器解决方案都源于电源拓扑并以此为基础，故应该考虑到温度范围的限制，因为一般产品通常基于商业标准，但照明灯却必须确保能够适应严苛的环境如工业环境。