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LED照明市場的發(fā)展及其驅(qū)動(dòng)方案的選擇

摘要： 全球燈泡市場胃納量上看兩百億顆，在白熾燈于2012年禁產(chǎn)、禁售規(guī)范上路后，盡管節(jié)能螢光燈（CFL）普及率仍占上風(fēng)，然在全球環(huán)保意識高漲下，發(fā)光二極管（LED）已成為各國力推的政策，其中LED燈泡將為眾多國家推動(dòng)的照明計(jì)劃中優(yōu)先導(dǎo)入的產(chǎn)品之一。

關(guān)鍵詞： LED照明 LED驅(qū)動(dòng) PFC

Abstract：

Key words :

　　LED照明的海量市場已經(jīng)具備激活條件

　　LED的經(jīng)濟(jì)性主要體現(xiàn)在其更好的節(jié)電效果，照度效率的優(yōu)勢。此外，由于LED具有超長壽命，其更換成本也顯著優(yōu)于其它光源。

　　全球燈泡市場胃納量上看兩百億顆，在白熾燈于2012年禁產(chǎn)、禁售規(guī)范上路后，盡管節(jié)能螢光燈（CFL）普及率仍占上風(fēng)，然在全球環(huán)保意識高漲下，發(fā)光二極管（LED）已成為各國力推的政策，其中LED燈泡將為眾多國家推動(dòng)的照明計(jì)劃中優(yōu)先導(dǎo)入的產(chǎn)品之一。市調(diào)機(jī)構(gòu)預(yù)估，2011年LED燈泡滲透率為3%，出貨量將達(dá)六億顆，產(chǎn)值80億美元。至2013年，隨著40瓦和60瓦傳統(tǒng)燈泡掀起汰換潮，總體市場規(guī)模將劇增至二十五億顆。

　　日、韓及北美等國已對LED照明等綠色產(chǎn)品實(shí)施補(bǔ)貼政策，目前包括賣場、商店及工廠等場所亦有較高意愿置換為LED照明，預(yù)估2011年全球LED照明滲透率可望突破10%，吸引日亞，飛利浦，歐司朗及科銳等大廠競逐商機(jī)。由于愈來愈多國家開始編列預(yù)算替換LED路燈，再加上LED照明每年價(jià)格趺幅達(dá)30%以上，預(yù)估2013年滲透率將提升至近20%，市場前景可期。（數(shù)據(jù)來源：新電子科技雜志）

　　各國政府 - LED照明發(fā)展計(jì)劃

　　日本 … 21世紀(jì)照明計(jì)劃

　　美國 … 下一代照明計(jì)劃

　　臺灣 … 白光照明光源計(jì)劃

　　韓國 … GaN半導(dǎo)體開發(fā)計(jì)劃

　　歐洲 … 彩虹計(jì)劃

　　中國 … 國家半導(dǎo)體照明工程

　　由于LED的光源特性、特殊的產(chǎn)品設(shè)計(jì)以及高效率驅(qū)動(dòng)電路，而且在光學(xué)設(shè)計(jì)方面，LED是單向點(diǎn)光源，可進(jìn)行非常好的光學(xué)設(shè)計(jì)，有利于使光線到達(dá)指定區(qū)域，同時(shí)減少反射，這些都可以提高照射效果，所以照度成本應(yīng)該是評價(jià)LED應(yīng)用起飛的關(guān)鍵指針。

　　再從LED產(chǎn)能技術(shù)配合可用性來看，中國政府藉由Metal Organic Chemical Vapor Deposition獎(jiǎng)勵(lì)方案，來推動(dòng)大陸內(nèi)部對LED自給自足的能力。該方案預(yù)計(jì)在2010-2012年間將耗資16億美元在MOCVD設(shè)備上，同時(shí)對每項(xiàng)設(shè)備還提供高達(dá)180萬美元的補(bǔ)助金，地方政府也提出了降低稅率、加速設(shè)備汰舊換新、以及免費(fèi)用地等優(yōu)惠措施，因此該計(jì)劃等于是鼓勵(lì)現(xiàn)有的中國LED制造商去擴(kuò)大產(chǎn)能，也導(dǎo)致許多新的加入者出現(xiàn)，而來自臺灣和韓國的廠商也以合資方式進(jìn)入中國，他們都成為推動(dòng)中國產(chǎn)能增加的因素。

　　正因?yàn)槿绱?，我們認(rèn)為LED照明的海量市場已經(jīng)具備激活條件。

　　照明市場最先激活的是戶外大角度照射，例如路燈、廣告牌燈等。室內(nèi)照明首先激活的將是長效照明應(yīng)用，包括隧道、冷庫、車庫、超市、廠房、商場（冷白光）、辦公樓，預(yù)計(jì)到2011年底左右大部分的商業(yè)照明激活，家庭照明則主要是高端客戶。

　　然而，LED照明市場也面臨著許多挑戰(zhàn)，除了價(jià)格之外，例如提高發(fā)光效率、降低眩光和提升光的配置和均勻度等都是重點(diǎn)，特別是在取代日光燈的領(lǐng)域尤其為重要。

　　高效率LED存在色溫較高偏冷色的缺點(diǎn)。由于使用習(xí)慣的差異，部分應(yīng)用環(huán)境（如服裝店）或部分國家（如大部分亞洲國家）需要色溫更低的暖白光，這最多損失30%左右的光源效率。正因如此，暖白光的激活門檻要高于冷白光，我們估計(jì)當(dāng)LED的成本能夠下降40%左右時(shí)候，暖白光將具有目前冷白光的經(jīng)濟(jì)性，預(yù)計(jì)這個(gè)時(shí)間在2011年底左右。

　　LED燈壽命一直存在爭議，盡管LED芯片的壽命可能大于10萬小時(shí)，但是封裝和驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)都可能導(dǎo)致整燈壽命下降。目前已經(jīng)出臺的LED路燈標(biāo)準(zhǔn)都規(guī)定壽命要達(dá)到三萬小時(shí)，室內(nèi)照明的標(biāo)準(zhǔn)大部分規(guī)定在兩萬小時(shí)，這也是行業(yè)的普遍水平。

　　目前的LED壽命多數(shù)是通過一定時(shí)間測試過后，采用數(shù)據(jù)模型推算所得。由于LED壽命較長，客戶難以通過使用的經(jīng)驗(yàn)寸判斷LED燈的壽命，而之前不規(guī)范的LED產(chǎn)品影響了大眾對于LED壽命的預(yù)期。

　　LED照明電源和驅(qū)動(dòng)方案的選擇

　　在LED照明設(shè)計(jì)中，驅(qū)動(dòng)方案一般來說有兩種：線性驅(qū)動(dòng)和開關(guān)型驅(qū)動(dòng)。

　　線性驅(qū)動(dòng)應(yīng)用是一種最為簡單和最為直接的驅(qū)動(dòng)應(yīng)用方式。在照明級白光LED應(yīng)用中，雖然存在著效率低、調(diào)節(jié)性差等問題，但是由于其電路簡單、體積小巧，能滿足一些特定的場合應(yīng)用較多。

　　而開關(guān)型驅(qū)動(dòng)可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率，應(yīng)用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關(guān)驅(qū)動(dòng)是針對電源電壓高于LED的端電壓或者是多個(gè)LED采用并聯(lián)驅(qū)動(dòng)情況下的應(yīng)用。升壓式開關(guān)驅(qū)動(dòng)是針對電源電壓低于LED的端電壓或者是多個(gè)LED采用串聯(lián)驅(qū)動(dòng)情況下的應(yīng)用。

　　一般認(rèn)為，隔離型驅(qū)動(dòng)安全但效率較低，非隔離型驅(qū)動(dòng)效率較高，應(yīng)按實(shí)際使用的要求來選。

　　目前設(shè)計(jì)一般的基本LED驅(qū)動(dòng)器照明應(yīng)用相對較簡單，但是如果還需要其它功能如相位控制調(diào)光和功率因子校正（PFC），設(shè)計(jì)就變得復(fù)雜。無功率因子校正功能的非調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器通常包含一個(gè)離線式開關(guān)電源，用于恒定電流下調(diào)節(jié)輸出。

　　LED驅(qū)動(dòng)器的后端架構(gòu)包含一個(gè)具有短路保護(hù)功能的電流調(diào)節(jié)電路。可以利用線性調(diào)節(jié)電路達(dá)到這一目的，然而這種方法本身效率低下，因此適用低輸出電流，通常不會應(yīng)用到多級架構(gòu)中去。替代方法是使用簡單的、具有電流回饋功能的降壓穩(wěn)壓器電路，以便限制了輸出電流超過期望的LED驅(qū)動(dòng)電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化，還限制了出現(xiàn)短路或其它故障條件時(shí)的電流，從而能夠保護(hù)驅(qū)動(dòng)器免遭損壞。