LED照明的中心議題：
- LED照明熱管理方案
- LED 照明連接器
- LED照明電路保護(hù)技術(shù)
- LED照明技術(shù)方案與趨勢
- LED照明電源和驅(qū)動(dòng)方案的選擇
- 2011年LED照明市場與技術(shù)概覽
從全球范圍來看，2012年都將是傳統(tǒng)照明退出市場，新照明技術(shù)全面普及的關(guān)鍵一年。發(fā)改委預(yù)計(jì)，中國將在未來不到10年的時(shí)間內(nèi)禁售白熾燈，目前也已經(jīng)到了大力推廣的階段，如廣東省政府發(fā)布的《廣東省LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》提出，將于“十二五”期間推廣3000萬只室內(nèi)LED燈，并在社區(qū)建設(shè)中，將按照30%-50%的比例提供補(bǔ)貼，引導(dǎo)居民購買LED燈。
為了在2012年達(dá)到既有目標(biāo)，產(chǎn)業(yè)鏈從芯片廠商、元器件配套廠商、燈具制造商到分銷渠道都在積極推出產(chǎn)品——這一現(xiàn)象也將在2011年得到非常明顯的體現(xiàn)。有報(bào)道指出，2011年全球LED照明產(chǎn)值比重將達(dá)10%，無疑將會(huì)給LED照明相關(guān)產(chǎn)業(yè)提供多層次的商業(yè)機(jī)會(huì)。
從下面的報(bào)道中也可以看到LED照明市場的現(xiàn)狀：
LED照明成趨勢 市場起飛指日可待
低碳節(jié)能LED照明先行 市場潛力巨大
LED照明已處于啟動(dòng)臨界狀態(tài)
LED產(chǎn)值高達(dá)96億美元照明應(yīng)用加速
LED照亮中國
LED照明技術(shù)方案與趨勢
這樣的背景下，LED照明技術(shù)的現(xiàn)狀如何？能否在2012年全面應(yīng)用之前做好充足準(zhǔn)備？本期半月談聚焦與LED照明相關(guān)的電源模塊、驅(qū)動(dòng)方案、熱管理技術(shù)、連接器和電路保護(hù)技術(shù)，通過技術(shù)層面分析LED照明在光源、電源轉(zhuǎn)換、控制與驅(qū)動(dòng)、熱管理等方面的挑戰(zhàn)，并結(jié)合目前主流元器件公司產(chǎn)品，分析LED照明的未來發(fā)展趨勢以及對元器件市場帶來的機(jī)遇。
1）LED照明電源和驅(qū)動(dòng)方案的選擇
在LED 照明設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)方案一般來說有兩種：線性驅(qū)動(dòng)和開關(guān)型驅(qū)動(dòng)。
線性驅(qū)動(dòng)應(yīng)用是一種最為簡單和最為直接的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方式。在照明級白光LED應(yīng)用中，雖然存在著效率低、調(diào)節(jié)性差等問題，但是由于其電路簡單、體積小巧，能滿足一般要求，因此在一些特定的場合應(yīng)用較多。
而開關(guān)型驅(qū)動(dòng)可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率，應(yīng)用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關(guān)驅(qū)動(dòng)是針對電源電壓高于LED的端電壓或者是多個(gè)LED采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)情況下的應(yīng)用。升壓式開關(guān)驅(qū)動(dòng)是針對電源電壓低于LED的端電壓或者是多個(gè)LED采用串聯(lián)驅(qū)動(dòng)情況下的應(yīng)用。
各種驅(qū)動(dòng)方式應(yīng)用范圍如下圖：
關(guān)于采用隔離型還是非隔離型驅(qū)動(dòng)方案，一般認(rèn)為，隔離型驅(qū)動(dòng)安全但效率較低，非隔離型驅(qū)動(dòng)效率較高，應(yīng)按實(shí)際使用的要求來選隔離型/非隔離型驅(qū)動(dòng)方案。
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就電路結(jié)構(gòu)而言：目前的隔離型方案多是AC/DC的反激式(Flyback)電路方案，因此相對電路較復(fù)雜、成本較高。非隔離型基本是采用DC/DC的升壓（Boost）或降壓（Buck）電路，則相對電路較簡單，因而成本也相對較低。隔離型的恒流精度可以做到±5%以內(nèi)，而非隔離型則很難做到。
在應(yīng)用領(lǐng)域：目前在以市電為輸入電源的LED燈具中（特別是驅(qū)動(dòng)與光源一體的燈具），本著安全第一的原則，基本已不再采用非隔離型方案。但LED日光燈管例外，由于受到結(jié)構(gòu)和空間的制約，仍還用非隔離型方案。在低壓供電的LED燈具中，以效率和成本優(yōu)先的原則，非隔離型方案是最佳的選擇。
提供照明驅(qū)動(dòng)IC的半導(dǎo)體廠商包括恩智浦半導(dǎo)體、安森美、美國國家半導(dǎo)體、TI、羅姆……如恩智浦的SSL210x系列市電調(diào)光LED照明驅(qū)動(dòng)方案具有啟動(dòng)快、深度調(diào)光和長壽命的特點(diǎn)，市場表現(xiàn)相當(dāng)出色。安森美的照明解決方案能滿足不同功率范圍和電源供電方式(AC/DC、DC/DC)的需要。美國國家半導(dǎo)體的Powerwise解決方案具有“高亮度、低功率”的特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用在戶內(nèi)、外照明系統(tǒng)以及汽車照明系統(tǒng)多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。TI 提供LED通用照明的電源管理解決方案，產(chǎn)品包括多級串聯(lián)LED驅(qū)動(dòng)器、用于AC 前端轉(zhuǎn)換的的各種LED照明驅(qū)動(dòng)器控制器、DC-DC控制器，DC-DC LED 恒定電流轉(zhuǎn)換的SWIFT系列同步降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器。ROHM在超小型LED方面技術(shù)領(lǐng)先，不僅擁有PICO系列的各種LED產(chǎn)品線，近年來更在可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)方案方面進(jìn)展迅速。
更多LED驅(qū)動(dòng)方案的選擇和設(shè)計(jì)文章如下：
LED照明驅(qū)動(dòng)選擇與設(shè)計(jì)技巧大揭秘
LED照明電源電路設(shè)計(jì)問答精粹
LED驅(qū)動(dòng)電路的控制方案
不同功率等級的LED照明驅(qū)動(dòng)方案介紹
LED的高效驅(qū)動(dòng)
2) LED照明熱管理方案
熱管理是LED系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)重要的部分，而通過電路實(shí)現(xiàn)溫度補(bǔ)償功能進(jìn)行熱管理是一個(gè)既經(jīng)濟(jì)又可靠的方法。目前大多數(shù)LED燈具生產(chǎn)商都將LED的驅(qū)動(dòng)電流設(shè)計(jì)為不隨溫度變化的恒流源，因此，當(dāng)LED周圍溫度高于安全溫度點(diǎn)時(shí)，工作電流就不在安全區(qū)內(nèi)，這將導(dǎo)致LED的壽命遠(yuǎn)低于規(guī)格書的數(shù)值甚至直接損壞。而LED周圍溫度過高是由LED自身發(fā)熱導(dǎo)致，目前有兩個(gè)辦法可以解決這個(gè)問題。
一種辦法是使用導(dǎo)熱性更好的散熱裝置，減小LED芯片至環(huán)境的熱阻，控制LED內(nèi)部溫度不至比環(huán)境溫度高太多，但這需要較高的成本。此外，難以避免的問題是，當(dāng)散熱裝置使用一段時(shí)間后在燈體外殼的散熱片上沉積灰塵，以及鋁合金基敷銅板上連接銅層和鋁基板的介質(zhì)層老化脫膠都將導(dǎo)致熱阻較大幅度地上升，導(dǎo)致整體散熱性能下降。
另一種辦法是使LED工作在安全區(qū)邊際，這樣既滿足在安全溫度點(diǎn)內(nèi)輸出電流、輸出功率工作在額定狀態(tài)且恒定，而且在高于安全溫度點(diǎn)輸出電流按比例下降進(jìn)行負(fù)補(bǔ)償，保證LED使用壽命，這就是溫度補(bǔ)償?shù)暮x。
散熱檢測功能也非常重要。我們可通過檢測NTC上的電壓來檢測LED燈的溫度變化。檢測到的電壓與NTC的溫度有直接關(guān)系，而NTC的電阻會(huì)隨NTC及其周邊電路溫度的升高而下降。使用NTC確定溫度有兩種基本方法。
方法一：在系統(tǒng)強(qiáng)制實(shí)施已知電壓的分壓器電路中使用NTC，并隨后測量NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓。NTC溫度升高時(shí)，電阻減小。電阻減小將導(dǎo)致分壓器比的變化。NTC節(jié)點(diǎn)的電壓也會(huì)隨溫度升高而下降。
方法二：強(qiáng)制已知電流通過NTC，并測量NTC上的電壓。NTC溫度升高時(shí)，電阻減小。根據(jù)歐姆定律，電阻減小將改變NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓。如電阻減小而電流保持不變，NTC節(jié)點(diǎn)上的電壓也會(huì)下降。
就改進(jìn)操作、提高安全性而言，這兩種監(jiān)控LED燈溫度的方法實(shí)施起來都很簡單直接。圖1是使用LED作為升溫源頭的這兩種方法的原理圖。
普通LED添加NTC后，就能以可控順序在溫度達(dá)到預(yù)設(shè)限度時(shí)關(guān)閉LED燈。
更多關(guān)于熱管理的方案：
高功率LED照明設(shè)計(jì)中的散熱控制方案
LED散熱基板的設(shè)計(jì)及分類
有效提高高功率LED散熱性的分析
LED燈的散熱管理的低功耗設(shè)計(jì)
大功率固態(tài)照明熱阻處理技術(shù)設(shè)計(jì)
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3）LED 照明連接器
由于LED的使用壽命通常都很長，所以照明設(shè)計(jì)者會(huì)不斷尋找經(jīng)受得住惡劣環(huán)境考驗(yàn)的、公認(rèn)的互聯(lián)解決方案。使用壽命長且更高端的應(yīng)用需要穩(wěn)定的連接器，而不是典型的、面向消費(fèi)類應(yīng)用的互聯(lián)（其設(shè)計(jì)用于手機(jī)這類每年或每2年即更換一次的產(chǎn)品）。對于連接器制造商而言，這會(huì)推動(dòng)下一波連接器開發(fā)，讓標(biāo)準(zhǔn)的、公認(rèn)的連接器變得更耐用，從而保證實(shí)現(xiàn)更長的使用壽命和保持較高的性能水平。
FCI推出了適于各種LED應(yīng)用的連接器系列：從柵距為2.54mm和2.00mm的Basics+連接器、Dsubs、穩(wěn)定的夾層連接器1.00mm Conan與0.80mm BergStak，到廣泛的FFC/FPC連接器和即將推出的創(chuàng)新型0.50mm無極性MezzoStak。
泰科電子的無極性插片及插座連接器系列經(jīng)常被用在LED照明解決方案中。最新的無極性插片及插座連接器增加了線對板功能，為客戶提供了一套完備的連接方案，使其可以快速、靈活地連接照明模塊。
采用無極性插片及插座設(shè)計(jì)的小型設(shè)計(jì)的板端連接器，相比傳統(tǒng)極性設(shè)計(jì)，能夠提供更為靈活的LED印刷電路板帶安裝方式。全新連接器可以通過水平或垂直滑動(dòng) 結(jié)合兩片電路板來完成連接。獨(dú)特的垂直滑動(dòng)連接設(shè)計(jì)，使替換燈串中部的電路板更為便捷，因?yàn)橹恍杼崞鸫鎿Q的電路板然后放入新電路板即可。
泰科電子的LED燈條連接器應(yīng)用于擁有照明控制及LED發(fā)光模塊的照明設(shè)備中，使其中的鋁基印刷電路板間的連接變得更加簡易而快捷。
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連接器的選擇
連接器各構(gòu)件設(shè)計(jì)重點(diǎn)總結(jié)
2010中國連接器和功率器件市場供求趨勢調(diào)查
4）電路保護(hù)技術(shù)
電源的質(zhì)量問題\用戶的不當(dāng)使用等等原因造成的供電電壓的突然升高、線路中某個(gè)元件或印制線條或其它導(dǎo)線的短路而形成LED供電通路的局部短路導(dǎo)致這個(gè)地方的電壓增高、某個(gè)LED因?yàn)樽陨淼馁|(zhì)量原因損壞因而形成短路、燈具內(nèi)的溫度過高、燈具內(nèi)部進(jìn)水、防靜電處理不當(dāng)?shù)鹊仍蚨加锌赡茉斐蒐ED照明系統(tǒng)的損壞。
理想的保護(hù)方案應(yīng)該能夠在超出正常使用電流時(shí)能立即啟動(dòng)保護(hù)，讓LED的供電通路斷開，使LED和電源都能得到保護(hù)；在整個(gè)燈正常后又能夠自動(dòng)恢復(fù)供電，不影響LED工作，所加的電路不能太復(fù)雜體積不能太大，成本要低。
瞬態(tài)電壓抑制二極管(TVS) 是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件。當(dāng)它的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，能以10的負(fù)12次方秒極短時(shí)間的速度，使自己兩極間的高阻立即降低為低阻，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率，把兩極間的電壓箝位在一個(gè)預(yù)定的電壓值，有效的保護(hù)了電子線路中的精密元器件。瞬態(tài)電壓抑制二極管具有響應(yīng)時(shí)間快、瞬態(tài)功率大、 漏電流低、擊穿電壓偏差一致性好、箝位電壓較易控制、無損壞極限、體積小等優(yōu)點(diǎn)。
熱敏電阻PTC也經(jīng)常被用到。當(dāng)正常工作電流通過（或元件處于正常環(huán)境溫度）時(shí)，PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲呈低阻狀態(tài)；當(dāng)電路中有異常過電流通過（或環(huán)境溫度 升高）時(shí)，大電流（或環(huán)境溫度升高）所產(chǎn)生的熱量使聚合物迅速膨脹，也就切斷了導(dǎo)電粒子所構(gòu)成的導(dǎo)電通路，PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲呈高阻狀態(tài)；當(dāng)電路中過電流 （超溫狀態(tài)）消失后，聚合物冷卻，體積恢復(fù)正常，其中導(dǎo)電粒子又重新構(gòu)成導(dǎo)電通路，PTC自恢復(fù)保險(xiǎn)絲又呈初始的低阻狀態(tài)。它的體積小，成本低，可反復(fù)使用，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)的自動(dòng)啟動(dòng)自動(dòng)退出；它是固態(tài)封裝耐沖擊不容易被損壞。
安森美的保護(hù)方案、瑞侃的PPTC等電路保護(hù)產(chǎn)品、Vishay的電路保護(hù)二極管等等常被用在LED照明電路保護(hù)解決方案中。開路保護(hù)方面，LittelFuse的PLED LED開路保護(hù)裝置常為大功率LED的電路設(shè)計(jì)所采納。PLED裝置與串聯(lián)燈串中的每個(gè)LED并聯(lián)。 如果某個(gè)LED無法開路，則與其連接的PLED會(huì)接通并將本應(yīng)通過該故障LED的電流導(dǎo)向PLED。 這確保了燈串中的其它LED能夠正常工作，因此熄滅的僅僅是單個(gè)LED而非整個(gè)燈串。
AEM科技作為專業(yè)的片式電路保護(hù)元器件的制造商，針對LED行業(yè)也開發(fā)了兩款新產(chǎn)品GcDiodeTM ESD和AirMatrixTM AF2系列貼片保險(xiǎn)絲。AF2貼片保險(xiǎn)絲能用于LED照明的交流端，它不僅能用于室內(nèi)照明還可以用于戶外照明。AF2的體積只有6.1mm*2.5mm*2.2mm，身形嬌小但是卻可以承受250VAC的電壓。GcDiodeTM ESD產(chǎn)品主要用于靜電保護(hù)，特別是對接口部分的靜電保護(hù)非常有效。如HDMI、1394接口、USB2.0、USB3.0。它最主要的優(yōu)點(diǎn)是能比壓敏電阻承受更多沖擊次數(shù)，衰減速度比較慢。
PLED裝置有助于保護(hù)LED免受附近雷擊和ESD影響造成的浪涌。 此外，PLED包含的反向電流二極管可在電源的正負(fù)極接反時(shí)保護(hù)LED燈串。
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LED照明的過流保護(hù)器件應(yīng)用要點(diǎn)
探討幾種LED保護(hù)電路設(shè)計(jì)方案
LED區(qū)域照明的電源、保護(hù)及聯(lián)網(wǎng)方案
LED燈的最新保護(hù)技術(shù)
以上關(guān)于LED照明的相關(guān)話題其實(shí)已經(jīng)被廣泛討論，但從長遠(yuǎn)來看，2011年仍舊會(huì)成為熱點(diǎn)。
