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高压LED驱动芯片异军突起
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2012.03.25

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高压LED驱动芯片异军突起

2012-03-09 11:50:55 文章来源:中国电子报

    室内照明的LED灯具因空间都比较小,又有对主动功率因素校正的要求,因此趋向使用技术先进、集成度高的“单级带功率因数校正的恒流源芯片”,通过采用原边控制电路(PSR),应用电路十分简洁,成本较低,符合性价比的要求,从而为LED照明灯具进入千家万户做好准备。

  需采用中国“芯”

  在LED照明恒流驱动芯片方面,我国本土芯片公司能满足性能和成本的要求。

  室内照明是一个海量市场,全世界每年需要120亿个灯泡,是消耗量最大的电器产品。白炽灯内发光的只是一根钨丝,因此它是一个电器产品;由于LED照明灯具内有发光的LED灯,还有为它提供恒流源而电路复杂的电源,因此它是一个电子产品。它的电源要工作在300V~600V的高压环境,因此驱动芯片、MOSFET要能适合此环境工作,必须用700V~1000V高压工艺来制造,目前国内的芯片制造厂已具备此技术。

  LED照明灯具要进入千家万户,要让老百姓用得起,把它的零售价降至荧光节能灯的水平是必须的,目前LED灯具的价格老百姓很难享用。要达到此目标,唯一的办法就是采用中国“芯”的LED光珠和驱动芯片!

  目前,本土芯片设计公司生产的LED恒流源驱动芯片在性能上亦可与国际公司媲美,其价格有很好的竞争力,而且还具有一定的降价空间。2012年LED的光珠价格将下降30%~50%,这是十分利好的消息,为LED灯具继续降价提供有力保障。

  随着LED照明的大力普及,除了LED灯珠之外,LED照明对驱动电源芯片的性价比要求越来越高。先期我国电子产品的核心技术都被国外芯片制造商控制,LED照明是一项新兴技术,在LED照明恒流驱动芯片方面,我国集成电路设计界与国外设计公司几乎同一时间进入这个领域。国外芯片厂商虽然很多,但是囿于利润、人工、物流等因素考虑,他们的价格不可能跌至中国LED灯具厂家想要的价格,唯有我国本土芯片公司能满足他们的要求,本土芯片公司的利润、人工、物流要比国外公司的低。

  经过我国芯片设计师的技术创新,一批新一代的适用于室内LED照明灯具的单级带功率因数校正的恒流源芯片已经诞生,它将LED恒流驱动电源需要的功能高度集成并且功率因素自动补偿,需要空间小,应用成本低,完全符合LED照明灯具的需要。抓住LED照明驱动电源的核心技术,即驱动芯片的设计制造技术,努力促进新一代芯片开发,是中国集成电路产业的一个新机遇。

高低压驱动芯片实现突破

  高压线性恒流电源无变压器、无电解电容器解决了低压LED的驱动电源和电解电容器寿命问题。

  低压LED照明灯具的驱动电源除了驱动芯片之外,另一个关键器件就是电解电容器。电解电容器耐高温的工作特性决定了它在LED灯具内的寿命,传统的灯具结构留给LED照明灯具可用空间很小,一般照明灯具的接电物理接口在灯头之上,电源模组在灯头与LED光珠之间,因此LED光珠上电工作以后,大量的热量上升,聚积在灯头的狭小空间,不易散发。目前技术生产的LED照明灯具产品实测温度达70~110,整个LED照明驱动电源模组就必须适合这样的高热环境。LED照明灯具的散热问题不解决,既影响驱动电源的正常工作,又影响电解电容器的寿命,最终也会导致LED灯珠早期光衰,影响LED整灯的寿命。

  作为电源必不可缺的器件,电解电容器必须能长期工作在高温环境中,这种考验十分严峻。通用铝电解电容器的寿命只有4000小时~5000小时,而且在高温下寿命减半,远远不能满足LED照明长寿命的要求,因而铝电解电容器成了LED灯具驱动电源的瓶颈。铝电解电容的结构设计、制造工艺的先进性决定其使用寿命。LED照明专用的铝电解电容器强调长寿命、耐高温和小型化。

  此外,LED光源灯珠的技术有了重大突破。LED家族的后起之秀高压LEDs(HV LEDs)异军突起,VF高电压、IF小电流的工作条件完全颠覆了传统的低压LED(LV LED)的VF低电压、IF大电流的工作要求。LED照明灯具由于采用HV LEDs的SOP而有可能降低发热,灯具结构造型有可能更加趋向节省散热材料、大于270度发光、低成本、轻重量等。

  HV LEDs是在芯片生产时在硅片上直接做成的片上系统(SOP),这是LED芯片制造技术的革命性进步。一个2英寸硅晶圆上,一次可生产上万个LED管芯,但是用通用的技术和工艺来生产,各个LED参数的离散性很大。所以,生产之后制造商需要逐个测参数分档,客户只能拿相邻的三档放在一单位(灯)里用,才能保证显示光色的一致性。HV LEDs在生产时使用新一代的工艺和高超加工技术,使同一硅晶圆片上的上万个LED管芯的参数完全一致,使之可以在芯片生产时很方便地就近组成SOC的HV LEDs,如HV45上有16个LED,它们所有的电参数完全一样。这样的HV LEDs使用方便、成本可控。另有一种COB的HV LED,就是采用前述的通用技术生产的,参数离散型较大的LED管芯,经测试数据后将相同的配置放在一起,重新组合成一个光源体。由于需要逐个测试、配对、筛选和组合,还有不少参数分散的无法配对组合的使用,生产成本会偏高。

  除了低压LED驱动芯片外,国产高压LED驱动芯片也已浮现上市,高压LED芯片组的高电压、小电流,与通用的低压LED的低电压、大电流的工作环境相比,HVLEDs工作时发热明显降低;HVLEDs只需要高压线性恒流源就能很好的工作,高压线性恒流电源无变压器、无电解电容器解决了低压LED的驱动电源和电解电容器的寿命问题。

  高压线性驱动芯片可能是HVLEDs恒流驱动电源较好的方案之一。有些芯片比较理想,但是在中国购买的价格太贵,用来生产通用的LED照明灯具成本偏高。这几年,我国本土集成电路的设计水平不断提升,而且有很好的性价比和市场竞争力,向下游厂家提供可用于生产的技术方案和技术支持比较到位。

本文转载自:http://lights.ofweek.com/2012-03/ART-220001-8420-28601489.html

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