LED驱动器IC技术发展趋势及特性分析

对于中国市场,美国国家半导体亚太区市场经理黎志远引用iSuppli公司对中国LED驱动器IC市场的预测,在全球经济和电子产业沉陷衰退之际,中国LED驱动器IC市场2009年仅增长1%,从2008年的1.153亿美元上升到1.16s亿美元。但是,2010年增速将会加快到9.6%,规模将达到1.277亿美元。预计2013年中国LED市场将达到1.39亿美元。

展望2010年。随着全球景气逐步回温,2009年出现衰退的汽车、通讯用LED驱动IC市场可望回稳,工业/照明用市场亦有2位数成长空间,至于信息用、消费性电子用市场,则将出现跳跃式成长,预估2010年全球LED驱动IC规模将扩大至34.1亿颗,相较2009年的27.0亿颗,成长幅度达26.0%.

然而,LED驱动电源的要求也在不断提高。pI公司高级产品经理BillWeiss认为。LED驱动器IC技术发展趋势及特性表现为：高可靠性、高效率、高功率因数、可调光以及体积小。

凹凸(OzMicro)科技(中国)有限公司开发总监李胜泰具体介绍了LED驱动器技术特点,他说许多厂商的重点是：1.LED发光效率的增进：2.LED模组的散热管理：良好的散热处理。无论对于LED的寿命或演色性皆能提供较佳的状态;3.转换效率：基于节能减碳的目的,是否能有效高度利用公用电厂所提供的电力--提升功率因素的转换亦为重点方向之一：4.产品可靠性：在物料选件及电路设计上多所着墨：5.LED背光：在技术上,使用LED做背光主要面临的挑战有：电流匹配在多颗LED串中的应用。包括功耗、保护电路、调光时的杂讯(Audiblenoiseduringdimming)等。

以下主要介绍LED照明、背光和LEDTV方面热点的技术市场。

德州仪器的刘学超说,LED照明发展非常迅速,年增长率超过60%,随着LED发光效率的不断提升,封装技术不断改进,驱动陆能和寿命的增加,LED照明技术在未来5年内会逐渐进入千家万户。

02Iviicro李胜泰说,在世界各国环保议题日渐重视的趋势下,LED照明产业将扮演极重要的角色,其主要应用在于室内、室外照明以及街灯等高功率产品。据悉,2009年全球照明市场约1219亿美元,LED仅占0.5%,显见其未来潜力之可观。其中,以亚太地区的市场规模为最大、约占全球33.7%之比例：居次为北美的30.1%.和欧洲之27.4%:然而。以应用产品来讨论。户外照明约占12%,则具有相当大的成长空间,尤其以占有全球38%户外照明的中国市场为最。此外,值得关注的部分是,受政府政策及推广影响较为直接且快速的街灯应用可望成为照明产业中快速成长的第一棒：预估在欧美优先领起的趋势中,2010年全球可达到450万盏LED街灯的水平：并且承于国际加紧节能减碳的脚步,一但路灯标准规格普及,中国市场可望占有世界50%以上的规模。

从LED亮度来看,大功率LED的光输出已经达到了100流明/w的重要里程碑,同时有些制造商宣称已经在实验室中达到了120流明/W.凌力尔特公司电源产品市场总监TonyArmstrong说,这意味着,就能效而言,LED现在已经超过了CFL(80流明/w)。不过,据进一步预测,到2012年。LED将达到150流明/W的输出。此外,当前的关注点全部集中在“绿色”上,与CFL不同,LED不合任何有害材料。

从LED成本看,LED照明的成本一直在快速走低。在过去12个月时间里,专用白光二极管(其中有很多已被LED灯泡所采用并在其成本中占了大部分)的价格已经从几年前的8美元左右下降至1.50美元。很多LED行业分析师预测,在未来一年内,取代白炽灯的LED灯的价格将达到消费者可以接受的水平。一些LED制造商宣称,已经设计出能够驱动LED灯的发光芯片,而且能使LED灯产生可与75W白炽灯媲美的光(美国家庭普遍使用75W白炽灯)。为了输出这种量级的光,这类LED芯片通常需要约12W功率。

照明LED驱动器IC的特点

晶丰明源半导体有限公司市场总监颜重光高工语出惊人：目前常见LED光源驱动IC都是从通用电源IC借用过来的,真正为LED光源设计的驱动IC还很少,很多公司都在设计中,预计到2010年中可能会有不少可应市。目前LED)光源驱动的阻容降压低成本方案是不安全的,CCR只能驱动0.5w以下的LED,LDO用稳压的方法驱动对LED光源的寿命不利：DC/DC-恒流源和AC/DC-恒流源可能是目前已知的最理想方案之一。

纵观DCLED光源的驱动技术,有三类驱动IC将是发展趋势：一类是高压工艺生产的DC/DCBuck,Vin宽至DC60~100V.恒流精度达1%.将能满足所有直流LED灯具驱动的需要,可满足LED光源多串少并技术的需要：第二类是Ac/DCI的LED灯具需要的应用电路简洁、应用成本低、能过EMI、CE、UL的高效率谐振半桥(LLC)+PFC拓扑结构驱动IC第三种是功率因数校正((PFC)+脉宽调控(pwM)两种平均电流模式控制器组成新的AC/Dc驱动IC它们将在新一代LED灯具显现其强大生命力,以充分发挥零电压开关拓扑结构(ZVS)的优势,和满足LED灯具对PFC(功率因素较正)日益提高的要求,并要求在较低的功率等级(如<50w)时能提高效率>90%.宽电压输入、短路和过功率保护、开路保护、较低的总谐波失真(THD)是基本的要求。

凌力尔特的TonyArmstrong也有相近的观点,他指出,今天,LED驱动器IC关键性能之一是,必须能够对LED充分调光。因为LED是用恒定电流驱动的,其DC电流值与LED亮度成正比,因此要改变LED亮度,有两种通过控制LED电流调光的方法。第一种是模拟调光,通过降低恒定LED电流值。成比例地降低LEDDC电流值。降低LED电流可能导致LED颜色的改变,或对LED电流的控制不准确。第二种是数字调光或PWM调光。PWM调光以等于或高于100Hz的频率切换LED的通断,以这样的频率切换,人眼察觉不到。PWM调光占空比与LED亮度成正比,而接通时的LED电流保持同样的值(如LED驱动器IC定的那样),从而在高调光比时保持恒定LED颜色。在某些应用中,这种PWM调光方法可以用来实现高达5000:1的调光比。

Diodes公司LED照明部经理AllanLin也认为未来LED驱动器技术的发展体现在两个方面,他说,第一,离线式高功率因数校正可调光LED驱动器可替代卤素灯、白炽灯和荧光灯;第二。LED驱动器能高效替代低压卤素灯。以上两种应用需要为LED提供电能及热能保护,以增加其耐用性。其他发展趋势还包括优化驱动器以提供最佳功效,并非将电流最大化。

中国作为全球制造商。LED驱动器技术的制造成本及总体BOM(物料清单)成本至关重要。为此,Diodes的特色是致力于发展很具成本效益的LED驱动器技术。

LEDTV

在三星成功带起LEDTV话题之后,LED背光应用于电视的趋势成为备受关注的焦点之一,预估其渗透率在2010年将有机会攀升至10%-15%.02,Micro公司李胜泰说,过去由于演色性及对比性的考量,直下式背光(DirectType)一直是LEDTV发展方向的主轴：然而在成本及薄型化设计的优势驱动下,侧光式(EdgeTyVe)背光则渐成主流,占所有LEDTv机种至少93%之比例。并集中在40英寸以上的电视尺寸：因此,针对液晶电视未来的前景,LEDTV将是2010年的发展主轴之一。LEDTV产品现阶段定位在高阶市场,而LED背光应用于液晶电视的崛起,主要考验之一在于其与CCFL背光之价差幅度：侧边式背光发展确实已经大幅拉近此二者之距离,然而之中的挑战依然存在;据(BPSemi)市场总监悉,2009年第三季度40英寸及46英寸LED背光液晶电视面板与同尺寸CCFL的价差约为35%.预计至2010年第一季可拉近至30%左右的差距。此外,一台电视机相较笔记本电脑(NB)之LED用量有数十倍之多;换言之,LEDTV的发展亦同时受LED产能开发以及价格之限,未来若LED芯片的供给持续舒缓,可帮助销售价位更接近消费者可接受的范围时,LEDTV将有机会如现今LEDNB的发展方式较快速成长。

背光

Intersil公司认为：TFT(薄膜晶体管)背光等先进应用需要一些其他功能,包括PWM调光、DC调光、本地调光、PWM-Dc调光和直接PWM调光。IntersiI称其高功率多通道LED驱动器具有很好的调光线性度,可准确地进行0.4%-100%的调光,匹配度为±1%.

飞兆半导体技术市场行销经理WayneSeto说。在中国和全球其它地区,手机LED驱动电路正从电荷泵架构转向串联升压架构。因为后者不仅效率更高,而且能驱动更多LBD,从而支持更大显示屏幕。随着智能手机和较大LED显示屏不断普及,驱动七个或更多LED的需求曰益普遍。而最好的方法是通过串联方式驱动的LED,使到每个LED的亮度相同;而由于电荷泵是以并联方式驱动LED,因而无论屏幕多小,并联通道的电流(即亮度)都会有某些差异。从七个以上LED的设计版图角度来看,如果采用电荷泵LED驱动器,PCB(印制电路板)的版图会比较复杂：而采用串联升压LED驱动器就简单得多。对于注重成本的手机来说,线性LED驱动器是一个发展方向,取其电路简单,而且易于纳入设计。不过,电荷泵方案在成本敏感的产品领域和低中端手机中仍将被广泛应用。

部分LED驱动器供应商特点及产品

凌力尔特的高亮度LED驱动器IC具有以下典型特点：宽输入/输出电压范围：高达100V;高效率转换：高达95%:严格调节的LED电流匹配：在整个温度范围内低于2%等。例如,LT3743是一种同步降压型DC/DC转换器、为提供恒定电流以驱动大电流LED而设计。新推出的LT3754解决了用白光LED给大型平板显示屏提供背光照明时所遇到的驱动白光LED设计难题。可用于具有26英寸或更大平板显示屏的高清电视机(HDTV)。

BPSemi(晶丰明源半导体)的LED灯具用驱动IC采用了本地振荡频率抖动的先进技术。大大简化了应用电路抗EMI部分。有效地降低了应用成本和PCB板的面积。如BP1360/1的典型应用只需要5个元器件,广泛应用于直流LED照明和LCD-TV的侧背光。BP2808则是采用恒流补偿技术电流控制专利设计为LED光源提供恒定供电电流,在AC85~305V输入范围内输出恒流精度优于2%,已经成功应用在上海世博会上海馆室内照明。

PI可提供高效的LED驱动器电源IC:在所有集成解决方案中具有很低的空载功耗和良好的待机功率性能：是公认的可靠的电源转换解决方案;集成度很高的解决方案,包括元件数目少,eBOM成本很低,易于设计和通过认证：全球实时的当地技术支持。PI所推出的三款LED驱动器IC决方案可从网页上下载。例如使用HiperPLC(PLCSIOPG)设计的150W功率因数校正LLC电源,适合高功率LED路灯。

Oiodes在2008年收购了zetex公司。同时也掌握了先进的BuckLED驱动器技术。Diodes的三大LED驱动器技术包括：Diodes的解决方案很精简：只需4个外部元件,效能表现却超过90%;拥有高功率密度的加铅封装,其TSOT23-5封装比竞争对手具备更低的热阻,可用于最新一代取代传统电灯的小型电路板LED;拥有完整的解决方案：具有离散式IC成电路能力,可以同时提供LED驱动器以及LED照明解决方案中所需的整流器元件。

德州仪器(TI)拥有一系列LED驱动器解决方案,诸如高功率DC/DC升压LED驱动器(TPS61500)、高压DC/DC升压转换器(TPS61175),及降压DC/DC转换器(TPS62110)电源管理芯片。这三款产品可支持高达18v的输入电压并具有较小的电压基准,有助于改进LED电路设计。此外,这些低能耗产品具备多种功能,可广泛应用于指示牌、环境照明、办公照明、普通照明、医疗及传感器等各种LED应用。

Intersil有针对各种应用的一系列LED驱动Ic产品线,包括汽车：高端笔记本、POS显示屏和显示器背光：手持式产品：通用照明系统。LED驱动器可以配置成无电感白光LED驱动器,用于并联的LED,或是基于电感的白光LED驱动器,这是用于串联的LED.拓扑包括升压稳压器LED驱动器、降压稳压器LED驱动器,和升降压LED驱动器。对于这些应用。ISL97671.81系列可以在宽范围肉高效地驱动72pc(6通道版本)和48pc(4通道版本)的低功率LED.

美国国家半导体(NS)2006年已是全球最大的LED驱动器供应商,市场占有率超过14%.该公司有一系列的高压产品工艺,定义是在100V范围内。这种高压应用的优势包括高效率,能够驱动多串LED(达到16个LED),可用于汽车、工业照明、建筑照明。2009年2月,NS又推出全新的离线式恒流控制器--LM3445,优势在于可以支持具备三端双向可控硅(TRL&C)正向或反向相位控制功能的传统入墙式调光器。

飞兆(Fairchild)半导体将集中发展升压技术,以及提高效率和功能性,并降低客户的设计难度。飞兆半导体在LED驱动技术方面的优势在于能够了解客户的需求和应用,从而开发尽可能好的照明解决方案。

O2Micro方案解决LED灯组过热和提高效能。为了克服现今市场上LED街灯组电池寿命过短与LED灯组过热的问题。O2Micro率先开发出CoolDriverCircuit(OZ9986A)的方案。针对40~200W的街灯应用。提供LED灯组良好的演色系及色彩均匀度、并凭借其优越的效能达到节能低碳的效果。LED背光应用中,在调光模式上,考虑到成本无需改线或增加调光开关),O2Micro提供了一种非TRICA的三段式调光。