可靠性是LED照明电源主要诉求无电解惹争议

可靠性是LED照明电源主要诉求无电解惹争议
2010-11-23 15:05:22 国际电子商情行业分类:驱动控制浏览

　　对于LED照明驱动电源，当前的主要诉求集中在高可靠性，以及高效节能等方面。

　　炙手可热的LED照明话题从年初一路延烧至年尾，人人都知道LED节能环保寿命长，但在面临大规模应用时，却又因为电源寿命不匹配、可靠性不足等问题不得不推迟上市时间。愈来愈多的业内人士认识到，要充分发挥LED的潜能，照明驱动电源是关键的支撑因素之一。

　　对于LED照明驱动电源，当前的主要诉求集中在高可靠性，以及高效节能等方面。来自本土的西安明泰半导体科技有限公司总经理邢先锋针对目前的LED照明驱动电源明确提出三点要求：第一，要具有高的可靠性，包括与LED光源相匹配的长寿命，宽的工作温度适应性(-40度—65度，甚至-55—85度)，以及宽的电网适应及自我保护性能等；第二，要高效节能，明泰Tesemi的产品效率高达95%，远远超过我国和欧盟等91%的一级能效标准；第三，在目前LED产品无全面标准情况下，LED必须满足电气强制标准，特别是EMC的GB17743对应IEC6100，电流谐波THD的GB17625.1-2003对应IEC61000-3-2:2001，这要求了电源要有良好的EMC,PFC/THD。

iWatt公司一直配合众多LED照明企业提供电源方案，该公司销售副总裁朱保赉接受本刊采访时表示，LED照明电源发展的趋势应该是：高效率、高可靠性，以及对调光与非调光广泛的应用兼容性。PowerIntegrations市场营销副总裁DougBailey也认为，所有客户都需要可靠、高效节能的LED驱动产品。

当然，还有其他一些要求存在，比如功率因数校正(PFC)，无闪烁可控硅调光，在不同输入电压、温度及灯泡间都具有高精度恒流驱动输出，以及一致的导通和关断性能。DougBailey表示，PowerIntegrations(PI)所推出的器件在隔离式(LinkSwitch-PH)和非隔离式(LinkSwitch-PL)拓扑结构中都具备这些特性，具体取决于所选用的机械隔离方式和目标应用所适用的安全规则。

当前市场对LED照明电源的需求因应用而异，消费类灯泡的设计要求与路灯或工业荧光替代灯存在很大的不同。Rohm公司认为，LED照明市场用于室内照明的灯泡型渐渐过渡到直管型，用于室外的街灯也有增加。随着LED向高亮度化改善，LED驱动电路也逐渐开始向高输出化发展。

离线型LED照明电源成主流

目前，LED取代型灯泡及其他新型LED照明的发展十分迅速，主体市场则趋向离线型LED照明电源。国际整流器公司(IR)LED部门主管PeterB.Green指出，离线LED电源市场主要分为高功率和低功率两个部分，大概以50W为分界线，不包括手持设备等低压应用。

基于集成型LED的灯泡替代产品大多采用简单的、非绝缘型降压稳压器LED驱动电路。这些产品都是采用了最少的元器件数量和最低的成本，但又必须同时提供足够的流明/每瓦，以及高于0.7的功率因数，并具有标准的双向可控硅调光器调光的能力。

市场上不能满足这些性能要求的产品正逐渐被取代，而美国能源部“能源之星计划(EnergyStarprogram)”的要求也是促成这一变化的原因之一。

高功率LED驱动器通常需要绝缘隔离，以达到UL标准。这往往需要其功率因数大于0.9，并具备调光能力，而这种调光能力可能是通过基础调光器之外的其他方法实现的。另外还需要产生至少与荧光灯相等的流明/每瓦，并具有更长的使用寿命。

DiodesLED照明业务部门总经理AllanLin认为，离线型LED照明电源的发展将改变LED的销售角度，从销售大批量DC/DC电源的低电流、高亮度LED(用于手机、标识及笔记本电脑)，到销售AC/DC电源的更高电流LED(一般是照明应用)。这将提升整个普通照明AC/DCLED驱动器市场，并增加对电源组建更低成本的需求。

LED背照灯电视和其他大型LCD电视应用也迎来其他发展空间。他们正由CCFL向LED转移，从而进一步促进更高电流LED、更高电压电源市场的发展，并提高对驱动众多大型平行链的更高电源LED的要求。

无电解电容LED照明方案惹争议

在大多数LED应用中，对LED灯的使用寿命影响最大的器件就是去耦电容器。高温高可靠性的电容器会显著增加BOM的成本，因此减少电容的大小是增加电灯寿命及控制BOM成本的一个重要趋势和诉求。AllanLin表示，Diodes正在研究在未来的器件中减少电容器的大小。

不仅如此，更有不少厂商纷纷推出无电解电容的LED照明方案。创意电子有限公司产品工程师龙金节介绍，该公司TK5401、IL9910、TK5401均为无电解电容的驱动方案，主要用于球泡灯，PF值可达到欧洲标准0.70，外围元件少，价格低，长寿命且节约空间。随着时间的推移，市场上的一些带有电解电容的驱动电源会有相继失效的现象，龙金节认为，无电解电容的驱动方案是一个必然的发展趋势。

虽然LED是个节能环保产品，目前商用80-120lm/w光效已是所有照明产品中最高水平，但仍有60%左右的电能不能转换为光能而转换为热能。所有LED灯具工作时是一个加热体，使灯具局部形成50—70度甚至85度的高温区，会很快将电解电容的电解液烤蒸发，1000到3000小时时就很快失效。

邢先锋指出，实际上传统日光灯、节能灯驱动中电解电容也催在同样问题，只是电源寿命与灯管寿命相当而没使矛盾特别突出。他表示，“无论可靠性还是成本，抑或是可实现性考量，无电解电容将是LED照明驱动电源的不二选择。”

不过，针对无电解电容方案，在业界有很多其他不同的声音。

“我们并不认为无电解电容LED照明是LED照明电源的发展大趋势。而且从现状来看，技术方面需要克服的问题很多。”Rohm公司在接受本刊采访时表示。

PeterB.Green指出，随着电源需求的增加，如果不采用电解电容，LED驱动器的设计会变得非常昂贵。在低功率水平上，通过用陶瓷电容取代电解电容可以解决这一问题，而在高品质光源灯具上，电解电容是难以去除的。

事实上，如果电解电容质量很好，可以达到105摄氏度的工作温度和10000小时额定工作时间，就没有必要将电解电容从LED驱动设计中去除。

如果在低温条件下，这些元件的使用寿命可以远远超过10000小时，例如，在85度下，一个额定寿命为10000小时的元件可以运行40000小时。

“其实用不用电解，其焦点就是电解的寿命，也就是整个产品的可靠性。”朱保赉表示，对于LED电源，担心最多的就是某些元件的自然老化，例如电解电容，因为它的工作温度很高；其次就是驱动电源对于电网波动的适应性及可靠性，例如雷击，因为很多半导体的元件会因为OverStress而失效。电解电容会存在电解液干涸的可靠性问题，但是如果简单地去除电解电容就会降低电源对电网波动的抗干扰能力，也会带来因雷击失效的风险，因此需要全面地评估产品的可靠性。

由无电解电容带来的高纹波电流而导致的低频闪烁开始越来越被人注意，有研究者认为，低于165Hz的频闪即便是人眼不易觉察，但这已经对某些人眼造成生理上的不适，幅度大的低频纹波会也会被导致一些数码像机设备出现差频闪烁的亮暗栅格。朱保赉认为，虽然市场很渴望能有既能解决电容寿命又能保持稳定性及可靠性的新方案，但现阶段在高品质光源灯具上是难以去除电解电容的。

DougBailey赞同此观点。他表示，对于不需要调光的应用，使用LinkSwitch-PH就可以省去电解电容。PI的单级PFC/恒流设计可以让设计师省去大容量电容，这在传统设计中通常需要在PFC级和恒流级之间使用。对电容剩下的唯一要求是，在输出中通过AC波形的低点(此时，电压接近于零)对LED供电。

“这可以用足够容量的陶瓷电容、钽电容或OSCON电容来替代电解电容，从而消除100Hz或120Hz的闪烁。对于不太关注调光的高温、高可靠性工业应用来说，我强烈建议不采用电解电容进行设计。”DougBailey强调。

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