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LED照明市場的發展及其驅動方案的選擇

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、禁售規范上路后，盡管節能螢光燈（CFL）普及率仍占上風，然在全球環保意識高漲下，發光二極管（LED）已成為各國力推的政策，其中LED燈泡將為眾多國家推動的照明計劃中優先導入的產品之一。

關鍵詞： LED照明 LED驅動 PFC

Abstract：

Key words :

　　LED照明的海量市場已經具備激活條件

　　LED的經濟性主要體現在其更好的節電效果，照度效率的優勢。此外，由于LED具有超長壽命，其更換成本也顯著優于其它光源。

　　全球燈泡市場胃納量上看兩百億顆，在白熾燈于2012年禁產、禁售規范上路后，盡管節能螢光燈（CFL）普及率仍占上風，然在全球環保意識高漲下，發光二極管（LED）已成為各國力推的政策，其中LED燈泡將為眾多國家推動的照明計劃中優先導入的產品之一。市調機構預估，2011年LED燈泡滲透率為3%，出貨量將達六億顆，產值80億美元。至2013年，隨著40瓦和60瓦傳統燈泡掀起汰換潮，總體市場規模將劇增至二十五億顆。

　　日、韓及北美等國已對LED照明等綠色產品實施補貼政策，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。由于愈來愈多國家開始編列預算替換LED路燈，再加上LED照明每年價格趺幅達30%以上，預估2013年滲透率將提升至近20%，市場前景可期。（數據來源：新電子科技雜志）

　　各國政府 - LED照明發展計劃

　　日本 … 21世紀照明計劃

　　美國 … 下一代照明計劃

　　臺灣 … 白光照明光源計劃

　　韓國 … GaN半導體開發計劃

　　歐洲 … 彩虹計劃

　　中國 … 國家半導體照明工程

　　由于LED的光源特性、特殊的產品設計以及高效率驅動電路，而且在光學設計方面，LED是單向點光源，可進行非常好的光學設計，有利于使光線到達指定區域，同時減少反射，這些都可以提高照射效果，所以照度成本應該是評價LED應用起飛的關鍵指針。

　　再從LED產能技術配合可用性來看，中國政府藉由Metal Organic Chemical Vapor Deposition獎勵方案，來推動大陸內部對LED自給自足的能力。該方案預計在2010-2012年間將耗資16億美元在MOCVD設備上，同時對每項設備還提供高達180萬美元的補助金，地方政府也提出了降低稅率、加速設備汰舊換新、以及免費用地等優惠措施，因此該計劃等于是鼓勵現有的中國LED制造商去擴大產能，也導致許多新的加入者出現，而來自臺灣和韓國的廠商也以合資方式進入中國，他們都成為推動中國產能增加的因素。

　　正因為如此，我們認為LED照明的海量市場已經具備激活條件。

　　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。室內照明首先激活的將是長效照明應用，包括隧道、冷庫、車庫、超市、廠房、商場（冷白光）、辦公樓，預計到2011年底左右大部分的商業照明激活，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，除了價格之外，例如提高發光效率、降低眩光和提升光的配置和均勻度等都是重點，特別是在取代日光燈的領域尤其為重要。

　　高效率LED存在色溫較高偏冷色的缺點。由于使用習慣的差異，部分應用環境（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，我們估計當LED的成本能夠下降40%左右時候，暖白光將具有目前冷白光的經濟性，預計這個時間在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，但是封裝和驅動環節都可能導致整燈壽命下降。目前已經出臺的LED路燈標準都規定壽命要達到三萬小時，室內照明的標準大部分規定在兩萬小時，這也是行業的普遍水平。

　　目前的LED壽命多數是通過一定時間測試過后，采用數據模型推算所得。由于LED壽命較長，客戶難以通過使用的經驗寸判斷LED燈的壽命，而之前不規范的LED產品影響了大眾對于LED壽命的預期。

　　LED照明電源和驅動方案的選擇

　　在LED照明設計中，驅動方案一般來說有兩種：線性驅動和開關型驅動。

　　線性驅動應用是一種最為簡單和最為直接的驅動應用方式。在照明級白光LED應用中，雖然存在著效率低、調節性差等問題，但是由于其電路簡單、體積小巧，能滿足一些特定的場合應用較多。

　　而開關型驅動可以獲得良好的電流控制精度和較高的總體效率，應用方式主要分為降壓式和升壓式兩大類。降壓式開關驅動是針對電源電壓高于LED的端電壓或者是多個LED采用并聯驅動情況下的應用。升壓式開關驅動是針對電源電壓低于LED的端電壓或者是多個LED采用串聯驅動情況下的應用。

　　一般認為，隔離型驅動安全但效率較低，非隔離型驅動效率較高，應按實際使用的要求來選。

　　目前設計一般的基本LED驅動器照明應用相對較簡單，但是如果還需要其它功能如相位控制調光和功率因子校正（PFC），設計就變得復雜。無功率因子校正功能的非調光LED驅動器通常包含一個離線式開關電源，用于恒定電流下調節輸出。

　　LED驅動器的后端架構包含一個具有短路保護功能的電流調節電路?？梢岳镁€性調節電路達到這一目的，然而這種方法本身效率低下，因此適用低輸出電流，通常不會應用到多級架構中去。替代方法是使用簡單的、具有電流回饋功能的降壓穩壓器電路，以便限制了輸出電流超過期望的LED驅動電流。其抵消了總LED正向電壓隨溫度和器件容差的變化，還限制了出現短路或其它故障條件時的電流，從而能夠保護驅動器免遭損壞。