科技進步日新月異，科技創造人類的新生活。近幾年，全球人類共識：未來與綠色環保節能相關的產業前景光明燦爛。LED照明產業首當其沖，將展現無限的生命力、無窮大的海量市場。2009年LED照明產業絲毫沒有受全球經濟危機的影響，在中國政府的大力推動下，中國LED照明產業正快速走熱，2009年成為LED照明元年，中國LED照明產業鏈在此經濟危機中快速成長和完善，LED新一代照明技術迅速發展，帶動LED照明產業鏈的數以千百萬家企業欣欣向榮。

　　LED光源是一顆耀眼的明星，基于LED可以做成形形色色、千變萬化的照明和燈飾燈具、LED廣告大屏、LED信息屏、手機和MP3/MP4等消費電子的顯示屏背光、筆記本電腦和LCD-TV顯示屏的背光。

　　LED光源的正常工作發光，離不開驅動IC。本文就最近階段LED照明燈具驅動技術發展趨勢而言。

　　LED照明燈具的基本架構

　　LED照明燈具的基本架構是：LED光源 + 驅動電源 + 燈具金屬/塑料結構件。LED光源涉及LED燈具產品的亮度、色彩、壽命;驅動電源涉及LED燈具產品的電氣性能和穩定性、可靠性、壽命;金屬/塑料結構件涉及LED燈具產品散熱性能和造型時尚新穎，以及不同的應用場合。

　　圖1 LED照明燈具的基本架構

　　LED光源高效節能而無碳排放

　　LED光源是固體發光的新一代光源，LED光源作為綠色、節能、省電、長壽命的第四代照明燈具而異軍突起、廣受關注、如火如荼迅速發展。LED光源作為第四代新型節能光源誕生之時即被用來做各類燈具的發光光源。作為光源的白熾燈其發光效率只有百分之五，而LED光源的發光效率幾乎接近百分之九十。LED照明以其高節能、長壽命、利環保的特點成為大家廣為關注的焦點。這幾年高亮度的LED光源因其制造技術突飛猛進，而其生產成本又節節下降，如今幾乎所有的燈具都可以使用LED光源作為高亮度、高效率而又省電、無碳排放的照明光源。

　　LED光源點亮需要驅動IC

　　目前的DC LED光源是低電壓(VF=2→3.6V)、大電流(IF=200→1500mA)工作的半導體器件，必須提供合適的直流恒定電流才能正常發光。直流(DC)驅動DC LED光源發光的技術已經越來越成熟，由于我們日常照明使用的電源是高壓交流電(AC100-220V)，所以必須使用降壓的技術來獲得較低的電壓，常用的是開關電源降壓，然后將交流電(AC)變換成直流電(DC)，再由驅動IC變換成直流恒流源才能促使LED光源發光。因此直流驅動LED光源的系統應用方案必然是：開關電源 + 恒流源。LED燈具里必然要有一定的空間來安置這個電源模塊，但是對于E27標準螺口的燈具來說空間十分有限，很難安置。無論是經由開關電源或是其它方法降壓，系統都會有一定量的損耗，DC LED燈具在交流、直流電之間轉換時約8～25%的電力被損耗，系統效率很難做到90%以上。因此提高轉換效率一直是電源芯片和電源制造商追求的目標。

　　常見LED光源驅動IC

　　目前常見LED光源驅動IC都是從通用電源IC借用過來的，真正為LED光源設計的驅動IC還很少，很多公司都在設計中，預計到2010年中可能會有不少可應市。目前LED光源驅動的低成本而不安全的方案是用阻容降壓的方法來實現的，如先前的圣誕燈飾;低成本的驅動還可以用CCR和LDO，它們的驅動電流都不大，CCR只能驅動0.5W以下的LED，如0.06W的草帽燈，LDO用穩壓的方法可驅動1W的LED，但對LED光源的壽命不利;DC/DC→恒流源可能是目前已知的最理想方案之一了。

　　常見LED光源驅動IC及其功能表：

　　DC/DC恒流源驅動IC

　　DC/DC恒流源驅動IC是直接為LED光源提供恒定直流電源的。使用最多的是用DC/DC-Buck來做降壓型恒流源，降壓型恒流源好比從大水庫取水，因此恒流特性穩定、供應能力強。用DC/DC-Boost來做升壓型的恒流源，好比從水渠往上提水，輸出電壓可高于輸入電壓，如要求輸出電流較大時需要擴流。

　　LED光源往往是串、并聯應用來擴大燈具的亮度，由于LED光源具有一定的離散性，因此多個串聯應用比并聯應用來得更合理，可降低對LED光源一致性要求。用DC/DC-Buck來做降壓型恒流源，多個LED光源串聯以后需要的總電壓不能高于DC/DC-Buck的輸入電壓，如能低2V是最理想的，此時恒流源的效率可大于90%。為此新一代的DC/DC-Buck恒流源IC的一些主要指標會有質的提高，Vin=5-70V，甚至Vin=5-100V，這樣的芯片可達到汽車電子應用的基本條件，輸出電壓也可滿足串接近20-30個LED光源的要求。提高Vin的電壓關鍵是集成電路的制造工藝。

　　輸出恒流精度也是值得關注的重要指標，它關系到恒流驅動電源在大批量工業化生產時產品的一致性，如因DC/DC-Buck恒流源IC輸出的恒流精度不同而產生恒流驅動電源輸出電流的不一致性，將影響成批生產的LED燈具亮度的差異，因此對新一代DC/DC-Buck恒流源IC的恒流輸出精度要求為2%-1%。過流、過壓、過溫、開路保護是這類IC所必須具備的。開關頻率抖動技術可有效地降低應用電路的EMI，因此會越來越多地被采用。內置的MOSFET還是不宜太大，一是顧及芯片的成本，二是考慮芯片本身在工作時的熱量散發，一般單顆芯片的輸出電流在2A以下。

　　此外由于工作時有750mA到1500mA電流通過，如在一個類似1.4X1.1mm的硅片管芯上，要長時間通過這些電流，必然有功耗，必然會發熱，芯片本身的物理散熱結構也是至關重要，驅動芯片的封裝應有利于驅動芯片管芯的快速散熱。如將管芯(Die)直接綁定在銅板上，并有一Pin直接延伸到封裝外，便于直接焊接在PCB板的銅箔上迅速導熱散發。

　　DC/DC恒流源驅動IC的功能高度集成是使應用電路簡化的關鍵所在，如PT4115在應用時周邊只需要四個元器件，大大節省了應用成本。

　　圖2 應用電路簡潔的PT4115

　　AC/DC恒流源驅動IC

　　直接在燈頭上使用AC電源的照明燈具十分需要應用電路簡潔、使用成本低的AC/DC恒流源驅動IC。目前使用的驅動IC大多是從開關電源轉用過來的反激式恒流驅動方案，采用隔離降壓原理。分成初級側反饋控制和次級側反饋控制二類應用，次級側反饋控制系統精度可達2%，但整個應用電路需要元器件約二十多個;初級側反饋控制系統精度一般可達5-3%，整個電路需要的元器件最少方案僅7-8個。LED燈具生產廠家是十分注重成本的。

　　目前AC/DC恒流源驅動IC正從反激式拓撲結構轉向高效率諧振半橋(LLC) + PFC拓撲結構，以充分發揮零電壓開關拓撲結構(ZVS)的優勢，和滿足LED燈具對PFC(功率因素較正)日益提高的要求，并要求在較低的功率等級(如<50 W)時能提高效率>90%。寬電壓輸入、短路和過功率保護、開路保護、較低的總諧波失真(THD)是基本的要求。

　　圖 3 AC/DC恒流源驅動IC正從反激式拓撲結構轉向高效率諧振半橋LLC

　　另一種AC/DC恒流源驅動IC發展思路是由功率因數校正((PFC)和脈寬調控(PWM)兩種平均電流模式控制器組成新的驅動IC，其中PFC級采用的開關充電式乘法器技術，可以獲得較高的功率因數與較低的總諧波失真(THD);而PWM可以選擇采用電流模式控制或是電壓模式控制。PFC調控為上升沿調制，而PWM則采用下降沿調制，因為采用不同觸發的調制可以降低PFC輸出電容上的紋波電壓。增加可編程的兩段式PFC輸出功能，可以提高低壓輸入和輕載時的系統效率。 增加多種保護功能，包括PWM與PFC的軟啟動、PFC過壓/欠壓、逐周期電流限制、PFC輸入欠壓等，確保電源后級LED光源不受損壞。PFC部份工作在連續電流模式，可以幫助降低升壓電感電流的變化率，適用于較大功率的應用。增益調節器可以為電源提供較高的功率因數與較低的總諧波失真，是PFC級的核心，可以針對不同的輸入電壓、頻率，有效值電壓和PFC輸出電壓對電流環做出響應.。增益調節器的功能是產生控制信號給PFC級，控制其占空比使輸出電壓維持穩定;VRMS平方的倒數可以為高壓和低壓提供恒定功率。

　　AC/DC恒流源驅動IC應用與可控硅調光器配合也是順應現有應用，對于賓客業和家居照明有相當大量的需求，也是正在發展的一個分枝，新的開發要適應隔離型交流/直流電離線式 100VAC / 230VAC應用 ，適用于前切相調光器、后切相調光器，要有可從 2% 提高到 100%寬調光范圍，采用諧振控制，以便獲取 85% 的高效率，滿足諧波要求，無調光器時功率因數達 0.9。

　　對AC/DC恒流驅動源來說，傳導和幅射是關系到LED燈具產品能否過CE和UL認證的十分重要參數，因此必須在230 VAC輸入條件下按EN55015 B標準的測試傳導EMI結果。

　　集成電路價格遵循金字塔的市場法則

　　集成電路產品從誕生之日起就進入不斷降價的自然規律，正是由于降價才將生存的空間不斷擴大。LED光源、驅動IC也都是集成電路，自然也遵循這個自然規律，這也就是LED照明能在短短幾年迅速做大的根本所在。集成電路產品每降一次價，它的市場就擴大好幾倍。LED照明是進入人居空間的海量產品，銷售價格越走越低是必然的，集成電路的主要原料--硅在自然界就是處處可見，海量而低廉。

　　參考資料：

　　《背光及照明用LED驅動IC技術市場分析》 顏重光 2008-03

　　《LED燈具低壓驅動技術》 顏重光 2008-09

　　《發展迅速的AC直接驅動LED光源技術》 顏重光 2008-12

　　《使用LED臺燈方案設計思考》 顏重光 2009-08