LED
LED是一種能夠將電能轉化為可見光的固態半導體器件，它的半導體屬性可最大限度地突顯智能照明的優勢，滿足消費者對調光、調色、遠程控制、可擴展性等全方位的照明需求。由于LED燈的能源效率更高，因此，LED燈泡和燈圈擁有比傳統白熾燈更長的壽命，這也是在市場上LED燈能夠迅速取代白熾燈和熒光燈光源的重要原因。2010年后，在政策支持和技術進步的雙重加持下，LED照明產業鏈發展提速，行業應用也呈現出高速成長態勢。
剛需的LED照明市場潛力巨大
從應用場景看，家居照明、工業照明、戶外照明、辦公照明、店鋪零售照明、教育照明等是LED照明的主要應用場景。
IHS數據顯示，2018年，家居照明的市場規模約為117.10億美元，占比22.07%，戶外照明和工業照明是第二大和第三大應用領域，分別占比18.23%和17.85%。此外，辦公照明、店鋪零售照明及教育照明的規模占比在6.50%-10%之間。
預計未來一段時間家居照明仍將是LED照明最大的應用場景，市場規模將在2025年達到312.45億美元，占比接近25%。教育照明則是增速最快的細分應用類別，預計市場規模將由2018年的34.60億美元增加至2025年的108.16億美元，年復合增速達到17.68%。
圖1：全球LED照明應用市場結構分布，單位：百萬美元（數據來源：IHS）
現在，LED照明產品已成為人們生產生活的必需品，在市場上屬于剛需產品。目前，中國是世界上最大的LED照明市場，2018年度占據了全球26.48%的市場規模。根據前瞻產業研究院預計，2022年中國智能照明行業市場規模將達431億元，年增長率在23%左右，市場潛力巨大。
LED驅動IC選型的關鍵七要素
在LED照明系統中，LED驅動電源是影響性能的一個關鍵因素。LED驅動電源主要有三大類：一是開關恒流源，二是線性IC電源，三是阻容降壓電源。
開關恒流源：通過變壓器將高壓轉換為低壓，然后進行整流濾波，最終輸出穩定的低壓直流電。開關恒流源技術成熟，性能穩定，是市場上LED照明的主流驅動產品。
線性IC電源：采用一個IC或多個IC來分配電壓，不需要電解電容，元器件種類少，優點是功率因數和電源效率高，且壽命長、成本低。
阻容降壓電源：通過電容的充放電來提供驅動電流，雖然這是最基本的LED驅動電路，但在實際應用中最不實用，尤其是在汽車應用中，因汽車電池容易出現波動，哪怕是電池電量的微小變化都會導致LED消耗更多電流，并可能損壞。
相較于傳統的照明產品，LED照明產品不僅電光轉換效率高，使用壽命大幅超過白熾燈、節能燈等傳統照明產品，其應用場景也較為豐富，一體化設計的LED燈具通常更容易與周邊環境融合，更符合目前消費者日益多元化、時尚化、個性化的需求。LED驅動IC是LED照明燈節能與長壽命的關鍵因素，因此，正確選取LED驅動IC很重要。
市場上的LED驅動IC、LED燈具種類繁多，在選擇的過程中最應該看重哪些參數和特性呢？
1.瓦數
所謂的瓦數實際上就是指電源的功率。如果在一個驅動電源上連接多個LED燈，則必須算出所用的總功率，同時還要注意給自己留出20%的功率余量，并據此找到一個電源額定功率符合要求的LED驅動IC。例如，我們有4個LED條，每個條大約12瓦，那么，系統的總瓦數應該在48瓦左右，加上20%的余量，所需電源功率為48 x 1.2=57.6瓦。因此，一個≥60瓦的LED驅動電源就足夠這個項目使用了。
2.電壓/電流
當安裝一個LED設備或更換壞的電源時，驗證輸出電壓是否與LED電壓兼容是很重要的。帶有內置電流調節器的LED產品通常都會說明應該使用什么樣的輸入電壓。例如，LED柔性條大多使用12V電源。另一個常見的應用是使用大功率LED和需要直流電壓輸入的恒流驅動器。每個LED燈的電壓約為3.1伏，如果有6個LED燈，那么這個串聯電路中的總電壓就是18.6VDC，選擇LED驅動電源時，它的輸出至少要達到24VDC。
大多數LED需要一個限流裝置（無論是驅動器還是電阻器）來防止LED被過度驅動。這種恒流驅動器或限流電阻器用于調節LED的電流，保持LED的安全運行并延長其使用壽命。因此，在選擇LED驅動電源時還需查看一下是否內置了限流裝置。
3.調光
如果我們使用的LED燈是可調光的，就必須選擇具有調光功能的電源。LED可調光驅動電源主要有兩種控制類型：
一類是PWM調光：也稱為脈寬調制調光。普通照明用LED驅動電源大多采用基于PWM控制器的反激式變換器電路拓撲。PWM調光器實際上以高頻脈沖調光，以改變肉眼對光的感知，頻率越高，燈光越亮。由于從處理器到被控系統都是數字信號，因此PWM調光器的噪聲很小。
另一類是TRIAC調光（雙向晶閘管調光）：TRIAC是一種雙向半導體電源開關，由可變定時電路生成的脈沖觸發，并在傳導電流高于保持電流時維持導通。要想通過基于TRIAC調光器實現LED調光，還須額外添加一些元器件達到穩定的調光，并根據調光器相位角來調節輸出電流。
4.溫度
在選擇LED驅動IC時，一個不容忽視的因素就是它的使用環境。如果在溫度參數范圍內使用，LED驅動電源的工作效率最高。因此，所選的LED驅動IC必須工作在安全溫度范圍內。
5.效率
電源的效率決定了LED發光的實際功率大小。電源的效率百分比越高，最終節省的電能就越多。對于LED照明來講，最好選擇效率為80%或更高的驅動IC。
6.尺寸
LED項目選擇電源時，了解電源的安裝位置非常重要，足夠小的LED驅動IC尺寸更能適應各種項目應用。
7.EMI特性
LED驅動IC的抗EMI能力關系到整個LED燈具能否順利通過CE、UL等認證，這一點也需要特別關注。
幾個實用的LED驅動方案
伴隨著LED市場的發展，各家技術廠商也在持續推出適應不同應用場景的LED驅動解決方案，我們今天就為大家推薦幾款。
· 英飛凌數字控制LED驅動方案
在智能照明產品中，電源驅動對整個系統的壽命和穩定性有很大影響。英飛凌數字控制LED驅動方案帶有通信功能，其LED驅動芯片XDPL8221具備諸多高級功能，可實現恒壓、恒流和恒功率控制，運行參數可通過GUI配置，工程師們能便捷地設計多功能和高性能的LED驅動器。
XDPL8221的效率高，該驅動IC支持100VAC~277VAC或127VDC~430VDC的較寬輸入電壓范圍。芯片內置的數字控制系統會根據輸入和負載情況，在準諧振、不連續導通（DCM）或主動突發模式（Active Burst Mode）之間進行切換，以實現最佳的運行模式。此外，XDPL8221可實現低至1%的無頻閃調光，同時對電流的調節仍能確保高精度。關燈后，系統處于小于100mW的較低待機功耗。XDPL8221通過UART接口提供LED驅動的運行狀態信息，是智能照明系統LED驅動的理想選擇。
圖2：英飛凌數字控制LED驅動芯片 (圖源：Infineon)
今年6月3日，OSRAM與英飛凌共同宣布，雙方通過合作把NFC編程與LED智能照明方案結合在一起，在OSRAM最新的OPTOTRONIC FIT產品中融入英飛凌具備PWM調光功能的NLM0011和NLM0010雙模NFC無線配置IC，賦予了LED燈具配置更多彈性。NFC編程是一項新興的技術，通過非接觸式NFC接口可取代耗時的電阻器設置技術。內置的光衰補償（CLO）功能還能在燈具使用期間保持固定的流明輸出，從而延長燈具使用壽命。
· Littelfuse帶PFC控制的高壓可調光LED驅動器
Littelfuse公司的IX9908是一款準諧振控制器，專為相位可調光的離線LED應用而優化。
圖3：IX9908工作原理框圖（圖源：Littelfuse）
IX9908的工作范圍廣，電壓最高可達600V，且功耗很低。多重安全功能確保在故障情況下提供完整的系統保護。IX9908以其強大的功能集和低成本，成為了準諧振反激式LED燈泡設計的理想選擇。IX9908還集成了一個高壓啟動單元。在操作的通電階段，該電池提供恒定電流為VCC電容器（CVCC）充電。
· Texas Instruments高功率密度汽車LED驅動器
Texas Instruments公司的TPS92520-Q1是一款單片雙路同步降壓LED驅動器，具有4.5V至65V寬工作輸入電壓范圍，可獨立為兩串串聯的LED供電。該芯片具有自適應導通時間平均電流模式控制功能，經設計可與分流FET調光技術和基于LED矩陣管理器的動態光束前照燈兼容。
自適應導通時間控制功能可提供近乎恒定的開關頻率，頻率設置范圍為100kHz至2.2MHz。電感器電流感應和閉環反饋功能可在輸入、輸出和環境溫度范圍內實現±4%以上的精度。TPS92520-Q1可使用模擬調光或PWM調光技術來單獨調制LED電流。通過SPI對10位IADJ數值進行編程可獲得高于20:1的線性模擬調光響應。
圖4：TPS92520-Q1原理框圖（圖源：TI）
· 羅姆車載LED驅動器
ROHM的BD18337EFV-M是一款4通道線性車載LED驅動器，可通過1個引腳控制多個輸出的熱分散。這樣不僅可顯著減少部件數量和安裝面積，還非常有助于平臺化擴展機型的汽車LED燈驅動模塊電路板的通用化設計。此驅動器可用于車后燈（剎車燈、尾燈）、霧燈、轉向燈、牌照燈、日間行車燈等汽車和摩托車領域的眾多LED燈驅動。
此產品內置LED開路檢測功能、OUTx（x=1~4）引腳輸出接地故障保護功能、過電壓靜音功能及熱關斷功能，可實現高可靠性。
圖5：BD18337EFV-M獨有的兩項新技術有助于大幅削減車載LED燈的占板面積和設計周期（圖源：ROHM）
結語
LED正迅速成為照明技術的首選，并將繼續取代熒光燈和白熾燈配件。根據Technavio的最新市場報告，2018年至2022年，全球LED市場規模將增長239.8億美元。預計在此期間，市場增長將以近16%的復合年增長率加速，推動全球LED照明市場增長的關鍵因素之一是LED制造成本的下降。
隨著LED照明市場的不斷發展，越來越多的智能照明系統公司致力于提供以人為中心的照明解決方案。只有選擇一款合適的LED驅動電源才能真正實現以人為中心的照明，屆時，人們可以在一天中調整光線的顏色和強度，從而創造一個晝夜節律友好的照明序列，從而改善情緒，提高個人生產力。 |
