高亮度LED應用為LED驅動器集成電路帶來新的機會和挑戰
摘要: 目前,對高亮度LED(發光二極管)的市場預測存在很大差別。盡管預測數據不同,但是趨勢是明顯的:高亮度(HB)LED 市場正在以驚人的速度增長。
目前,對高亮度 LED(發光二極管)的市場預測存在很大差別。盡管預測數據不同,但是趨勢是明顯的:高亮度(HB)LED市場正在以驚人的速度增長。有些預測數據為年復合增長率 15%,另一些則為年復合增長率 35%。2007 年汽車領域的LED 照明處于起步階段,銷售額為 6.7 億美元,但是預計將以 15% 的年復合增長率增長,到2011年(1)達到12億美元。如果將非汽車應用考慮在內,那么年復合增長率接近35%,而且到2011 年,總的高亮度LED 市場有可能輕松超過25 億美元。
這么高的增長潛力靠什么驅動?首先,LED 產生光的效率是白熾燈的10 倍,同時幾乎是熒光燈的兩倍,因此極大地降低了提供特定光輸出量(單位:流明)所需的電功率。第二,白熾燈使用 1,000 小時后需要更換,熒光燈可持續使用 1 萬小時,而 LED 的壽命超過10萬小時。在大多數應用中,這允許LED 永久性地嵌入到最終應用中而無需附屬裝置。例子包括用于裝在汽車車體上的顯示屏或 HDTV 的LCD顯示屏,因為這些LED 在汽車、HDTV 或運動場館顯示器壽命期內不會需要更換。第三,LED 比其它照明產品小幾個數量級,外形尺寸可以制作得非常扁平,這樣它們就可以永久性地嵌入到汽車內部和外部應用中。另外,通過使用紅光、綠光和藍光 LED 配置,可以實現無數種顏色。最后,LED 能夠調光,而且其接通和斷開時間很快,人眼察覺不到,這極大地改進了 HDTV 和其它類型顯示器的背光照明。沒有這些 LED,不可能有極高對比度和清晰的高分辨率LCD HDTV。
盡管如此,照明系統設計師的最大挑戰之一是如何充分利用最新一代 LED 的所有優勢。因為它們一般需要一個準確的直流電流源,還需要調光,因此 LED 驅動器集成電路必須設計成能滿足各種不同應用的需求。電源解決方案必須高效率、功能可靠,而且與往常一樣,要非常緊湊和經濟。有理由認為,最苛刻的 LED 驅動應用之一是在汽車應用中,其中包括基于 LED 的內部照明、LCD 顯示器背光照明、剎車/轉向信號指示燈,甚至包括前燈。
汽車LED 照明
尺寸小、功耗低以及接通時間短等優點已經使高亮度LED 開始在今天的汽車中得到廣泛采用。最初的LED應用是中央高位剎車燈(CHMSL),這類應用采用紅光LED 提供非常微小的照明陣列,這種陣列很容易安裝,而且從不需要更換。
傳統上,白熾燈是最經濟的光源,而且很多汽車仍在使用。不過,用于照明組件的可用空間縮小以及對長工作壽命的需求,加之LED 實現了明亮的自然色彩和簡化設計,因此LED在很多應用中迅速取代了白熾燈。白光LED 陣列取代傳統的冷陰極熒光照明(CCFL)TFT-LCD 背光照明越來越常見了,白光LED 提供更加精確和可調的背光照明,工作壽命將很容易超過汽車本身的壽命。甚至主要是鹵素/氙燈絲設計應用領域的前燈也正在逐步采用電子可控的大電流LED陣列。包括內部/外部和背光照明應用的所有汽車照明應用都幾乎在轉向LED。在這種環境中使用LED有幾個優點。首先,它們從不需要更換,因為其長達10萬余小時(11.5 年的使用年限)的可靠壽命超過了汽車本身的壽命。這允許汽車制造商永久性地將其嵌入艙內照明系統,無需為了方便更換而進行相應的設計。其款式也可以有很大變化,因為 LED 照明系統所需的深度和面積不像白熾燈那么大。
圖1所示是現代汽車中的各種LED照明應用。在汽車內部,有幾種采用各種類型LED的標準內置照明模塊。有些是單個LED,而像導航儀表板背光照明等另一些應用則需要LED 陣列。在外部照明方面,LED也得到了認可?,F在超過40% 的中央高位剎車燈已經采用紅光 LED。另外,奧迪(Audi) 2008 A8 采用大電流LED 陣列作為白天行車燈(DRL)。雷克薩斯 (Lexus) 600 轎車和奧迪R8包括前燈在內的全部外部前向照明都是由LED完成的。類似地,甚至更多中檔汽車和很多摩托車也采用了彩色LED陣列作為剎車/轉向信號指示燈。
圖1:LED 照明在現代汽車中的典型應用。
汽車LED 照明的設計參數

表1:大電流白光 LED 的正向壓降與驅動電流。
為確保最佳性能和更長的使用壽命,LED需要一個有效的驅動電路。這些驅動電路必須能夠適應條件非??量痰钠囯娫纯偩€,而且要既經濟又節省空間。為了保證更長的使用壽命,首要的是不超過LED的電流和溫度限制。表1 給出了大電流白光LED的典型正向電壓與驅動電流。
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