LED照明設計的技術(shù)細節
LED照明燈具在近期得到飛躍的發(fā)展,LED作為綠色環(huán)保的清潔光源得到廣泛的認可。LED光源使用壽命長(cháng)、節能省電、應用簡(jiǎn)單方便、使用成本低,因而在家庭照明都將得到海量的應用,歐司朗光學(xué)半導體公司2008年調查統計,全球每年家庭照明燈座出貨量約為500億個(gè)。
LED光源的技術(shù)日趨成熟,每瓦發(fā)光流明迅速增長(cháng),促使其逐年遞減降價(jià)。以1WLED光源為例,2008年春的價(jià)格已是2006年春的價(jià)格三分之一,2009年春將降至2006年的四分之一。
LED綠色燈具的海量市場(chǎng)和持續穩定數年增長(cháng)需求將是集成電路行業(yè)繼VCD、DVD、手機、MP3之后的消費電子市場(chǎng)的超級海嘯!
LED燈具的高節能、長(cháng)壽命、利環(huán)保的優(yōu)越性能獲得普遍的公認。
LED高節能:直流驅動(dòng),超低功耗(單管0.03瓦-1瓦)電光功率轉換接近100%,相同照明效果比傳統光源節能80%以上。
LED長(cháng)壽命:LED光源被稱(chēng)為長(cháng)壽燈。固體冷光源,環(huán)氧樹(shù)脂封裝,燈體內也沒(méi)有松動(dòng)的部分,不存在燈絲發(fā)光易燒、熱沉積、光衰快等缺點(diǎn),使用壽命可達5萬(wàn)到10萬(wàn)小時(shí),比傳統光源壽命長(cháng)10倍以上。
LED利環(huán)保:LED是一種綠色光源,環(huán)保效益更佳。光譜中沒(méi)有紫外線(xiàn)和紅外線(xiàn),熱量低和無(wú)頻閃,無(wú)輻射,而且廢棄物可回收,沒(méi)有污染不含汞元素,冷光源,可以**觸摸,屬于典型的綠色照明光源。
LED光源工作特點(diǎn):
照明用LED光源的VF電壓都很低,一般VF=2.75-3.8V,IF在15-1400mA;因此LED驅動(dòng)IC的輸出電壓是VFX N或VF X1,IF恒流在15-1400mA。LED燈具使用的LED光源有小功率(IF=15-20mA)和大功率(IF>200mA))二種,小功率LED多用來(lái)做LED日光燈、裝飾燈、格柵燈;大功率LED用來(lái)做家庭照明燈、射燈、水底燈、洗墻燈、路燈、隧道燈、汽車(chē)工作燈等。功率LED光源是低電壓、大電流驅動(dòng)的器件,其發(fā)光的強度由流過(guò)LED的電流大小決定,電流過(guò)強會(huì )引起LED光的衰減,電流過(guò)弱會(huì )影響LED的發(fā)光強度,因此,LED的驅動(dòng)需要提供恒流電源,以保證大功率LED使用的**性,同時(shí)達到理想的發(fā)光強度。在LED照明領(lǐng)域,要體現出節能和長(cháng)壽命的特點(diǎn),選擇好LED驅動(dòng)IC至關(guān)重要,沒(méi)有好的驅動(dòng)IC的匹配,LED照明的優(yōu)勢無(wú)法體現。
LED燈具對低壓驅動(dòng)芯片的要求:
1.驅動(dòng)芯片的標稱(chēng)輸入電壓范圍應當滿(mǎn)足DC8-40V,以覆蓋應用面的需要,耐壓如能大于45V更好;AC12V或24V輸入時(shí)簡(jiǎn)單的橋式整流器輸出電壓會(huì )隨電網(wǎng)電壓波動(dòng),特別是電壓偏高時(shí)輸出直流電壓也會(huì )偏高,驅動(dòng)IC如不能適應寬電壓范圍,往往在電網(wǎng)電壓升高時(shí)會(huì )被擊穿,LED光源也因此被燒毀。
2.驅動(dòng)芯片的標稱(chēng)輸出電流要求大于1.2-1.5A,作為照明用的LED光源,1W功率的LED光源其標稱(chēng)工作電流為350mA,3W功率的LED光源其標稱(chēng)工作電流為700mA,功率大的需要更大的電流,因此LED照明燈具選用的驅動(dòng)IC必需有足夠的電流輸出,設計產(chǎn)品時(shí)必需使驅動(dòng)IC工作在滿(mǎn)負輸出的70-90%的*佳工作區域。使用滿(mǎn)負輸出電流的驅動(dòng)IC在燈具狹小空間散熱不暢,容易疲勞和早期失效。
3.驅動(dòng)芯片的輸出電流必需長(cháng)久恒定,LED光源才能穩定發(fā)光,亮度不會(huì )閃爍;同一批驅動(dòng)芯片在同等條件下使用,其輸出電流大小要盡可能一致,也就是離散性要小,這樣在大批量自動(dòng)化生產(chǎn)線(xiàn)上生產(chǎn)才能有效和有序;對于輸出電流有一定離散性的驅動(dòng)芯片必選在出廠(chǎng)或投入生產(chǎn)線(xiàn)前分檔,調整PCB板上電流設定電阻(Rs)的阻值大小,使之生產(chǎn)的LED燈具恒流驅動(dòng)板對同類(lèi)LED光源的發(fā)光亮度一致,保持*終產(chǎn)品的一致性。
4.驅動(dòng)芯片的封裝應有利于驅動(dòng)芯片管芯的快速散熱,如將管芯(Die)直接綁定在銅板上,并有一Pin直接延伸到封裝外,便于直接焊接在PCB板的銅箔上迅速導熱(圖1)。如在一個(gè)類(lèi)似4X4mm的硅片管芯上,要長(cháng)時(shí)間通過(guò)300-1000mA的電流,必然有功耗,必然會(huì )發(fā)熱,芯片本身的物理散熱結構也是至關(guān)重要的。
5.驅動(dòng)芯片本身的抗EMI、噪音、耐高壓的能力也關(guān)系到整個(gè)LED燈具產(chǎn)品能否順利通過(guò)CE、UL等認證,因此驅動(dòng)芯片本身在設計伊始就要選用優(yōu)良的拓樸結構和高壓的生產(chǎn)工藝。
6.驅動(dòng)芯片自身功耗要求小于0.5W,開(kāi)關(guān)工作頻率要求大于120Hz,以免工頻干擾而產(chǎn)生可見(jiàn)閃爍。
LED綠色照明促使驅動(dòng)芯片向**設計發(fā)展,LED燈具照明是離不開(kāi)驅動(dòng)芯片的,因此需要多種功能的LED光源驅動(dòng)IC。LED燈具選用36V以下的交流電源可以考慮非隔離供電,如選用220V和100V的交流電源應考慮隔離供電。直接使用AC100-220V的驅動(dòng)芯片,因應用體積苛求,在技術(shù)上還有更高的要求、更大的難度,目前各國都在努力開(kāi)發(fā)中。LED燈具的海量需求市場(chǎng)給所有集成電路設計公司再次成功的機會(huì ),快速轉型、早出產(chǎn)品,贏(yíng)的機會(huì )多多。