LED驱动器IC的发展趋势

LED驱动器IC特点

　　德州仪器高级技术市场开拓工程师刘学超说，LED技术的发展需要驱动技术发展相配合。现今的LED市场规模为1亿美元，未来3～5年还将扩张10倍以上。

　　对于中国市场，美国国家半导体亚太区市场经理黎志远引用iSuppli公司对中国LED驱动器IC市场的预测，在全球经济和电子产业沉陷衰退之际，中国LED驱动器IC市场2009年仅增长1%，从2008 年的1.153 亿美元上升到1.165 亿美元。但是，2010 年增速将会加快到9.6%，规模将达到1.277 亿美元。预计2013 年中国LED 市场将达到1.39 亿美元。

　　展望2010年，随着全球景气逐步回温，2009年出现衰退的汽车、通讯用LED驱动IC市场可望回稳，工业/照明用市场亦有2位数成长空间，至于信息用、消费性电子用市场，则将出现跳跃式成长，预估2010年全球LED驱动IC市场规模将扩大至34.1亿颗，相较2009年的27.0亿颗，成长幅度达26.0%。

　　然而，LED驱动电源的要求也在不断提高。PI公司高级产品经理Bill Weiss认为，LED驱动器IC的技术发展趋势及特性表现为：高可靠性、高效率、高功率因数、可调光以及体积小。

　　凹凸(O2Micro)科技(中国)有限公司开发总监李胜泰具体介绍了LED驱动器技术特点，他说许多厂商的重点是：⒈LED发光效率的增进；⒉LED模组的散热管理：良好的散热处理，无论对于LED的寿命或演色性皆能提供较佳的状态；⒊转换效率：基于节能减碳的目的，是否能有效高度利用公用电厂所提供的电力──提升功率因素的转换亦为重点方向之一；⒋产品可靠性：在物料选件及电路设计上多所著墨；⒌LED背光：在技术上，使用LED做背光主要面临的挑战有：电流匹配在多颗LED串中的应用，包括功耗、保护电路、调光时的杂讯(Audible noise during dimming)等。

　　以下主要介绍LED照明、背光和LED TV等方面热点的技术市场。

        LED照明

　　LED照明市场充满潜力

　　德州仪器的刘学超说，LED照明发展非常迅速，年增长率超过60%，随着LED发光效率的不断提升，封装技术不断改进，驱动性能和寿命的增加，LED照明技术在未来5年内会逐渐进入千家万户。

　　O2Micro李胜泰说，在**各国环保议题日渐重视的趋势下，LED照明产业将扮演极重要的角色，其主要应用在于室内、室外照明以及街灯等高功率产品。据悉，2009年全球照明市场约1219亿美元，LED仅占0.5%，显见其未来潜力之可观。其中，以亚太地区的市场规模为**，约占全球33.7%之比例；居次为北**30.1%，和欧洲之27.4%；然而，以应用产品来讨论，户外照明约占12%，则具有相当大的成长空间，尤其以占有全球38%户外照明的中国市场为**。此外，值得关注的部分是，受政府政策及推广影响较为直接且**的街灯应用可望成为照明产业中**成长的**棒；预估在欧美优先领起的趋势中，2010年全球可达到450万盏LED街灯的水平；并且承于国际加紧节能减碳的脚步，一但路灯标准规格普及，中国市场可望占有**50%以上的规模。

　　从LED亮度来看，大功率LED的光输出已经达到了100流明/W的重要里程碑，同时有些制造商宣称已经在实验室中达到了120流明/W。凌力尔特公司电源产品市场总监Tony Armstrong说，这意味着，就能效而言，LED现在已经超过了CFL(80流明/W)。不过，据进一步预测，到2012年，LED将达到150 流明/W 的输出。此外，当前的关注点全部集中在“绿色”上，与CFL不同，LED不含任何有害材料。

　　从LED成本看，LED 照明的成本一直在**走低。在过去 12 个月时间里，专用白光二极管(其中有很多已被 LED 灯泡所采用并在其成本中占了大部分)的价格已经从几年前的8美元左右下降至1.50美元。很多LED行业分析师预测，在未来一年内，取代白炽灯的LED灯的价格将达到消费者可以接受的水平。一些LED制造商宣称，已经设计出能够驱动LED灯的发光芯片，而且能使LED灯产生可与75W白炽灯媲**光(美国家庭普遍使用75W白炽灯)。为了输出这种量级的光，这类LED芯片通常需要约 12W 功率。

　　照明LED驱动器IC的特点

　　晶丰明源半导体有限公司(BPSemi)市场总监颜重光高工语出惊人：目前常见LED光源驱动IC都是从通用电源IC借用过来的，真正为LED光源设计的驱动IC还很少，很多公司都在设计中，预计到2010年中可能会有不少可应市。目前LED光源驱动的阻容降压低成本方案是不安全的， CCR只能驱动0.5W以下的LED，LDO用稳压的方法驱动对LED光源的寿命不利；DC/DC→恒流源和AC/DC→恒流源可能是目前已知的**方案之一。

　　纵观DC LED光源的驱动技术，有三类驱动IC将是发展趋势：一类是高压工艺生产的DC/DC Buck，Vin宽至DC60~100V，恒流精度达1%，将能满足所有直流LED灯具驱动的需要，可满足LED光源多串少并技术的需要；第二类是AC/DC的LED灯具需要的应用电路简洁、应用成本低、能过EMI、CE、UL的高效率谐振半桥(LLC)+ PFC拓扑结构驱动IC；第三种是功率因数校正((PFC) + 脉宽调控(PWM)两种平均电流模式控制器组成新的AC/DC驱动IC。它们将在新一代LED灯具显现其强大生命力，以充分发挥零电压开关拓扑结构(ZVS)的优势，和满足LED灯具对PFC(功率因素较正)日益提高的要求，并要求在较低的功率等级(如<50 W)时能提高效率>90%。宽电压输入、短路和过功率保护、开路保护、较低的总谐波失真(THD)是基本的要求。

　　凌力尔特的Tony Armstrong也有相近的观点，他指出，今天，LED 驱动器 IC 的关键性能之一是，必须能够对 LED 充分调光。因为 LED 是用恒定电流驱动的，其DC电流值与LED亮度成正比，因此要改变LED亮度，有两种通过控制LED电流调光的方法。**种是模拟调光，通过降低恒定LED电流值，成比例地降低LED DC电流值。降低LED电流可能导致LED颜色的改变，或对LED电流的控制不准确。第二种是数字调光或PWM调光。PWM 调光以等于或高于100Hz的频率切换LED的通断，以这样的频率切换，人眼察觉不到。PWM 调光占空比与LED亮度成正比，而接通时的LED电流保持同样的值(如LED驱动器IC设定的那样)，从而在高调光比时保持恒定LED颜色。在某些应用中，这种PWM调光方法可以用来实现高达5000:1 的调光比。

        Diodes公司LED照明部经理Allan Lin也认为未来LED驱动器技术的发展体现在两个方面，他说，**，离线式高功率因数校正可调光LED驱动器可替代卤素灯、白炽灯和荧光灯；第二，LED驱动器能高效替代低压卤素灯。以上两种应用需要为LED提供电能及热能保护，以增加其耐用性。其他发展趋势还包括优化驱动器以提供**功效，并非将电流**化。

　　中国作为全球制造商，LED驱动器技术的制造成本及总体BOM(物料清单)成本至关重要。为此，Diodes的特色是致力于发展很具成本效益的LED 驱动器技术。

　LED TV

　　在三星成功带起LED TV话题之后，LED背光应用于电视的趋势成为备受关注的焦点之一，预估其渗透率在2010年将有机会攀升至10%~15%。O2Micro公司李胜泰说，过去由于演色性及对比性的考量，直下式背光 (Direct Type)一直是LED TV发展方向的主轴；然而在成本及薄型化设计的优势驱动下，侧光式 (Edge Type)背光则渐成主流，占所有LED TV机种至少93%之比例，并集中在40英寸以上的电视尺寸；因此，针对液晶电视未来的前景，LED TV将是2010年的发展主轴之一。LED TV产品现阶段定位在高阶市场，而LED背光应用于液晶电视的崛起，主要考验之一在于其与CCFL背光之价差幅度：侧边式背光发展确实已经大幅拉近此二者之距离，然而之中的挑战依然存在；据悉，2009年第三季度40英寸及46英寸LED背光液晶电视面板与同尺寸CCFL的价差约为35%，预计至2010年**季可拉近至30%左右的差距。此外，一台电视机相较笔记本电脑(NB)之LED用量有数十倍之多；换言之，LED TV的发展亦同时受LED产能开发以及价格之限，未来若LED芯片的供给持续舒缓，可帮助销售价位更接近消费者可接受的范围时，LED TV将有机会如现今LED NB的发展方式较**成长。

　　背光

　　Intersil公司认为：TFT(薄膜晶体管)背光等**应用需要一些其他功能，包括PWM调光、DC调光、本地调光、PWM-DC调光和直接PWM调光。Intersil称其高功率多通道LED驱动器具有很好的调光线性度，可准确地进行0.4%~100%的调光，匹配度为±1%。

　　飞兆半导体技术市场行销经理Wayne Seto说，在中国和全球其它地区，手机LED驱动电路正从电荷泵架构转向串联升压架构，因为后者不仅效率更高，而且能驱动更多LED，从而支持更大显示屏幕。随着智能手机和较大LED显示屏不断普及，驱动七个或更多LED的需求日益普遍。而**的方法是通过串联方式驱动的LED，使到每个LED的亮度相同；而由于电荷泵是以并联方式驱动LED，因而无论屏幕多小，并联通道的电流(即亮度)都会有某些差异。从七个以上LED的设计版图角度来看，如果采用电荷泵LED驱动器，PCB(印制电路板)的版图会比较复杂；而采用串联升压LED驱动器就简单得多。对于注重成本的手机来说，线性LED驱动器是一个发展方向，取其电路简单，而且易于纳入设计。不过，电荷泵方案在成本敏感的产品领域和低中端手机中仍将被广泛应用。

　　部分LED驱动器供应商特点及产品

　　凌力尔特的高亮度 LED 驱动器 IC 具有以下典型特点：宽输入/输出电压范围：高达 100V；高效率转换：高达 95%；严格调节的 LED 电流匹配：在整个温度范围内低于 2%等。例如，LT3743是一种同步降压型DC/DC转换器，为提供恒定电流以驱动大电流LED而设计。新推出的LT3754解决了用白光 LED 给大型平板显示屏提供背光照明时所遇到的驱动白光 LED 设计难题，可用于具有 26 英寸或更大平板显示屏的高清电视机 (HDTV)。

　　·BPSemi(晶丰明源半导体)的LED灯具用驱动IC都采用了本地振荡频率抖动的**技术，大大简化了应用电路抗EMI部分，有效地降低了应用成本和PCB板的面积，如BP1360/1的典型应用只需要5个元器件，广泛应用于直流LED照明和LCD-TV的侧背光。BP2808则是采用恒流补偿技术电流控制专利设计为LED光源提供恒定供电电流，在AC85~305V输入范围内输出恒流精度优于2%，已经成功应用在上海世博会上海馆室内照明。

　　·PI可提供高效的LED驱动器电源IC；在所有集成解决方案中具有很低的空载功耗和良好的待机功率性能；是公认的可靠的电源转换解决方案；集成度很高的解决方案，包括元件数目少，eBOM成本很低，易于设计和通过认证；全球实时的当地技术支持。PI所推出的三款LED驱动器IC解决方案可从网页上下载，例如使用HiperPLC (PLC810PG)设计的150W功率因数校正LLC电源，适合高功率LED路灯。

        ·Diodes在2008年收购了Zetex公司，同时也掌握了**的Buck LED 驱动器技术。Diodes 的三大LED 驱动器技术包括：Diodes 的解决方案很精简：只需4个外部元件，效能表现却超过 90%；拥有高功率密度的加铅封装，其TSOT23-5 封装比竞争对手具备更低的热阻，可用于**一代取代传统电灯的小型电路板LED；拥有完整的解决方案：具有离散式IC 集成电路能力，可以同时提供LED 驱动器以及LED 照明解决方案中所需的整流器元件。

　　·德州仪器(TI)拥有一系列LED驱动器解决方案，诸如高功率DC/DC升压LED驱动器 (TPS61500) 、高压DC/DC升压转换器(TPS61175)，及降压DC/DC转换器(TPS62110)电源管理芯片。这三款产品可支持高达18V的输入电压并具有较小的电压基准，有助于改进LED电路设计。此外，这些低能耗产品具备多种功能，可广泛应用于指示牌、环境照明、办公照明、普通照明、医疗及传感器等各种 LED 应用。

　　·Intersil有针对各种应用的一系列LED驱动IC产品线，包括汽车；高端笔记本、POS显示屏和显示器背光；手持式产品；通用照明系统。LED驱动器可以配置成无电感白光LED驱动器，用于并联的LED，或是基于电感的白光LED驱动器，这是用于串联的LED。拓扑包括升压稳压器LED驱动器、降压稳压器LED驱动器，和升降压LED驱动器。对于这些应用，ISL97671-81系列可以在宽范围内高效地驱动72pc(6通道版本)和48pc(4通道版本)的低功率LED。

　　·美国国家半导体(NS)2006年已是全球**的LED驱动器供应商，市场占有率超过14%。该公司有一系列的高压产品工艺，定义是在100V范围内。这种高压应用的优势包括高效率，能够驱动多串LED (达到16个LED)，可用于汽车、工业照明、建筑照明。2009年2月，NS又推出全新的离线式恒流控制器——LM3445，优势在于可以支持具备三端双向可控硅(TRIAC)正向或反向相位控制功能的传统入墙式调光器。

　　·飞兆(Fairchild)半导体将集中发展升压技术，以及提高效率和功能性，并降低客户的设计难度。飞兆半导体在LED驱动技术方面的优势在于能够了解客户的需求和应用，从而开发尽可能好的照明解决方案。

　　·O2Micro方案解决LED灯组过热和提高效能。为了克服现今市场上LED街灯组电池寿命过短与LED灯组过热的问题，O2Micro率先开发出Cool Driver Circuit(OZ9986A)的方案，针对40~200W的街灯应用，提供LED灯组良好的演色系及色彩均匀度、并凭借其优越的效能达到节能低碳的效果。LED背光应用中，在调光模式上，考虑到成本(无需改线或增加调光开关)，O2Micro提供了一种非TRICA的三段式调光。