如何为LED灯选择合适的驱动IC

驱动IC规格为决定LED灯泡光输出表现的重要关键。LED灯泡若受到过高电压或电流时，将严重影响其发光表现，甚至导致损坏，因此，在LED驱动IC中，应设有精密的升降压以及电流密度控制功能，以维持LED灯泡稳定发光表现。

第一则新闻来自于科锐(CREE)，这是一家知名的LED照明和半导体产品制造商。他们推出了一个颠覆传统的LED灯泡系列，并且相信这系列的零售价位将提高其客户的产品接受度。该公司声称新型Cree灯泡系列的设计寿命达25,000小时，零售价格为12.97美元，可用于取代60瓦(W)暖光照明白炽灯泡，其耗电相较于传统白炽灯节省84%。此外，对于消费者来说更重要的是，Cree还声称如果把家中五个最频繁使用的白炽灯泡更换为Cree的LED灯泡，消费者每年能节省的电费高达61美元(折合新台币约1,780元)。

不仅如此，Cree还进一步拓展行销通路，让家得宝(The Home Depot)连锁店成为此类LED灯泡的独家供货管道，此举可以确保一般大众能够在离家很近的地方购买这些LED灯泡，并能够得到充足的供应来源。

第二则新闻则是著名的旧金山海湾大桥(San Francisco Bay Bridge)的悬挂区块，在过去18个月里，照明设计公司从桥塔和悬索的顶端到桥面共悬挂两万五千颗LED灯。该专案由一家名为BayLights的公司负责推动，该公司创立不断变化和更替的演算法使LED照明充满活力，该公司对每盏灯进行个别控制，让其产生的照明图案在2年的专案期内将是独一无二。照明系统由飞利浦(Philips)子公司色彩动力(Color Kinetics)开发，其设计耗电较传统(非LED型)解决方案减少85%。该专案由Philips Color Kinetics提供的专用LED是具有4,200K相关色温的eWFlexSLX产品。

上述这两个事件展现LED照明输出(以每瓦流明(lm/W)来衡量)领域技术的进步，以及因LED灯泡安装寿命长，所带来的年度电能节省效果而带来的商业性。

LED灯泡具多重优势逐步取代CFL/白炽灯泡

毫无疑问的，过去10几年来，LED技术获得了长足进展，其亮度更高、效率也愈来愈好、使用时间更长，同时成本亦不断降低，这些都源自散热、封装和工艺的进步。与白炽灯泡不同的是，LED没有灯丝，不会烧坏，并且是发出较冷的光。

大功率、高亮度(HB)LED输出光已经超越关键里程碑100lm/W，有的制造商宣布在实验室中已可制造大于230lm/W的输出光。另一个优点是LED的使用寿命长，白色LED灯泡使用寿命至少是5万小时，然而，白炽灯的寿命大约是1,000?2,000小时。

LED照明市场快速成长的主要原因是LED照明耗电相对于传统照明大幅度降低。与白炽灯照明相比，LED照明不到20%的用电量就能够提供同样的亮度(以流明表示)。正如表1所示，LED照明有很多优点，但是也有一些缺点。LED照明的优点包括使用寿命比白炽灯远高出几个层级，大幅度降低换灯泡的成本。LED灯泡使用旧有的交流矽控整流器(Triode for Alternating Current,TRIAC)调光器便能够调光，这也是LED灯泡一个很大的优势，特别是在取代型灯泡应用中。

高功率驱动IC把关电压/电流　LED照明系统可靠度提升

不仅如此，LED灯能够即时点亮，不像节能萤光灯(CFL)需要预热时间，而LED灯对功率周期不敏感，这也与节能萤光灯不同。最重要的是，LED照明装置不含任何有害材料，所以不须要处理或弃置这些有害物质，而节能萤光灯则采用有害的水银气体才能工作。最后，LED灯泡可以实现非常小的外形封装，而其他灯泡却做不到。

以上种种因素造就LED灯泡可用在多种商业应用的优势，例如工厂的顶棚照明、大桥和大楼的室外建筑照明，以及体育场和其他大型活动场地等照明应用。

选择适用驱动ICLED受损害风险降低

LED是一个电气等效(ELectrical Equivalent)的二极体，严格说来，它便是由电流驱动的元件。若以合适的电流驱动LED，即可获得一定的发光效率(lm/W)。若供电电流过小，LED灯泡就无法提供全光输出。对于单个LED灯泡而言，这看起来不是大问题，但是如果同时有很多LED灯泡串联起来，在没有均匀的电流支援下，输出光将会有明显的变化。

当然，LED灯泡还须要克服固有的正向电压降，这与LED类型以及终端装置的配置有关。对于白光LED，其正向电压降大约是3.5伏特(V)，但是在高温时会大一些。结果显示，LED正向电压降与输入电源有关。在不同的LED链配置下，例如，串联(LED正向电压降累积)、并联(LED电流累积)，或者串联起来的多个并联链(LED正向电压和电流累积)，LED正向电压需要多种转换架构，不过，这将会使整体电路更加复杂。

以上简单叙述LED灯泡正常工作时需要什么条件，那么，如果出现对其工作或者驱动积体电路(IC)电流工作有不利影响的因素，结果会如何呢?

答案是，会对LED灯输出亮度产生不利影响，甚至导致严重的后果。这些事件包括过压(在开路LED事件时会出现)以及过电流事件(在短路或者重新插拔LED链时会出现)。当然，较差的散热环境也会对LED灯使用寿命产生不利影响，因此，良好的散热设计也非常关键。

这就显示了哪些因素会损害LED，甚至导致LED及其驱动电路失效。在这些知识基础上，照明系统设计人员应审慎考量LED灯泡设计技术，特别是LED驱动电路的元件选择标准等，从而保护LED不受损害。以下详述各大关键因素。

为LED提供稳定电流

LED驱动IC非常关键，因为该元件要面对各种各样的输入电源，随着应用领域的不同，LED驱动IC设计也各不相同，以把输入电源转化成所需要的电压和电流，实现最佳的LED性能。过压或过流都会对LED使用寿命或光输出造成不利影响，因此，电压和电流越稳定，系统就越可靠。所以，±5%范围内的稳压和稳流有利于延长LED使用寿命，减少使用故障。

LED驱动电路须应对异常瞬变电压

为保护LED不受过压的影响，首先须要求LED驱动IC能够处理比正常工作时更大的瞬变电压。汽车应用环境是一个很好的实例，其负载突降时会达到42伏特，甚至更高。

保护LED不受过热影响

LED照明装置一般较小，没有空间设置散热片，甚至没有风扇进行空气对流散热，因此，须要通过传导来处理大部分散热需求。业界在设计构思阶段就须要考虑良好的散热功能，在此，使用转换效率非常高的LED驱动IC也会有很大的帮助。驱动IC转换效率愈高，转换的能量损失就愈小，产生的热量也就愈少，因此，效率90%以上的LED驱动IC将有助于实现良好的散热设计。

有助于散热的另一个方法，是在LED中采用晶片内温度感测器，如果由系统控制器来监视此温度讯号，那么，控制器便可对系统总电流进行节流，从而减少热量的产生。当然，这样的代价是降低光输出，但这会比整个系统失效好得多。故障状态消失后，便可恢复正常工作。

最后，LED所采用的这些散热方法也可以扩展应用到LED驱动IC，在整个系统层级采用这些方法也是个不错的主意。

以下以业界高功率LED驱动IC(图1)为例，其具有相当精密的降压升压LED控制器，无论输入电压高于、低于还是等于输出电压，驱动IC都能实现固定输出电压。另外，与复杂低效的单端初级电感转换器(Single-endedPrimaryInductorConverter,SEPIC)不同的是，此四路开关同步单电感架构不仅简化了转换器设计，而且还提高工作效率，从而降低热耗。

图1使用高转换效率LED驱动器的100瓦LED驱动电路，峰值效率高达98.5%

从图1的100瓦照明驱动IC原理图可以看出，在整个输入电压范围内，输出电压/电流达到33.3伏特/3安培(A)时的转换效率高达96%。

该LED驱动IC的关键特性包括高达60伏特的宽广输入和输出工作电压范围。为能够在灯链上实现最佳和均匀的LED输出光，该颗驱动IC还在线路、负载和温度变化时，提供非常严格的±2%输出电压精度，以及±6%的LED电流精度和±6%输入电流精度。

为方便使用，LED驱动IC使用者可采用脉冲宽度调变(PWM)或类比调光，而四路开关升降压架构不仅实现模式之间的无缝转换，而且，在所有的模式中带给LED的杂讯都非常低，包括VOUT接近于VIN的直通模式，这是很难做到的，尤其在这模式期间会出现负载瞬变事件。另外，为提高系统性能和可靠性，更提供输入和输出电流调节功能。此元件将应用于周围温度变化较大的环境中，因此，高阶LED驱动IC更提供-40℃?+150℃之间的工作接面温度范围。

LED效率与其商业价格优势相结合，使其提供超越许多照明应用的特性。本文一开始时提出的两个例子，只是目前世界大量实际应用的一小部分，现在LED照明时代已经来临。
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