LED照明技术与LED驱动技术的发展分析

关键词： LED , 驱动 , 照明

固态照明（SSL） 也即发光二极管（LE[size=+0]D） 照明很明显将取代白炽灯和FL/CFL 照明，其背后的推动力包括政府规定、高效率、长寿命以及环境问题。由于政府继续逐步淘汰白炽灯泡（例如，欧洲规定2009 年年底开始禁用100W 灯泡，2010 年年底开始禁用75W 灯泡）。剩下的唯一选项便是含有微量汞的CFL 灯泡和LE[size=+0]D 灯泡，但不幸的是，LE[size=+0]D 灯泡的成本仍然远高于白炽灯或者CFL。另外，LE[size=+0]D 灯泡符合RoHS（有害物质使用规定）规定，并且它不含汞或者其他有害物质——更有利于环境。
然而，这一目标的实现需由各大公司来推动，例如：IKEA宣布他们将首先逐步淘汰白炽灯泡，未来只供应CFL 和LE[size=+0]D 灯泡。需要注意的另一点是LE[size=+0]D 的价格将会自己慢慢降下来，从而有效降低总LE[size=+0]D 灯泡价格。这样便让广大消费者能够使用更长寿命、更加有益环境的LE[size=+0]D 灯泡来取代其老旧的各种灯泡。由于LE[size=+0]D 灯泡更换速度的加快，我们可以预见未来在这些灯泡中将会内置更多的特性，其会改变我们日常生活中使用灯具的方式。由于钨丝的发热和冷却，传统的白炽灯泡基本都有一种特有的相关色温（CCT）。
使用亮度调节器的情况下，这种CCT 在深度亮度调节时呈现橘红色，而在满功率（无亮度调节）时为亮白色，其在这两种色温之间变化。使用LE[size=+0]D 时，可以让不同类型的彩色LE[size=+0]D 组合发出彩色的光，来提供与白炽灯泡相似的CCT，或者如图1 所示的任何CIE 1931色度图色彩。另外，我们还可以增加许多特性，例如：用于调节、分组和改变这些灯泡光输出颜色的远程/无线控制——而这还仅仅只是初级应用。

　　

CIE 1931 色度图：黑色曲线反映使用钨丝的灯泡
图1 CIE 1931色度图：黑色曲线反映使用钨丝的灯泡

受益于LE[size=+0]D 照明设备的不仅仅是家居市场。根据2008 年美国能源部（Unite[size=+0]d States [size=+0]Department of Energy）撰写的一份报告，如果全部的美国零售商都改用LE[size=+0]D 系统来为冷藏陈列柜提供照明，“……可以节省25.4 亿千瓦时的电。这相当于节省了273.8 TBtu的能源，其等于四座大型火力发电站一年的用煤量，或者两百多万个家庭一年的用电量。”改用LE[size=+0]D 照明的趋势已经持续有一段时间了，许多大型的零售公司都正在逐渐采用LE[size=+0]D 照明，例如：沃尔玛2009 年12 月宣布在650 家店面中用LE[size=+0]D 替换陶瓷金属卤化物灯；在2010 底以前，500 多家店面的展示柜都改用LE[size=+0]D 照明，以期达到每年省电1600 万千瓦小时的目标。

位于波多黎各的SuperMax正在用LE[size=+0]D 型照明技术，替换其所有的商店照明。Nualight最近发布的白皮书显示，荧光灯照明让一些如冷藏设备等应用的功耗增加约25%-50%，包括展示柜、冷藏柜、冷藏库和自动饮料出售机等。实际上，LE[size=+0]D 照明是这些低温型展示设备的理想选择，因为相比之下LE[size=+0]D 产生的热量非常小。因此，它们消耗非常少的能源便可提供相同甚至更好的照明，同时对压缩机没有明显的影响，无需过多地对制冷机组进行散热处理。另外，在食品冷冻冷藏过程中使用LE[size=+0]D 照明，还消除了因荧光灯泡破损产生汞污染的潜在危险。

LE[size=+0]D 颜色可以根据展示的类型进行调整匹配，而LE[size=+0]D 的寿命远远超出了冷藏柜。早在2008 年，Naulight便同Tesco签订了一份合同，负责改造其爱尔兰商店中的115 家，并已经改造了其在英国的商店以及其Tesco美国店Freshan[size=+0]deasy。在英国，Sainsbury‘s已经在其全部英国商店的15000多个冷藏展示柜中安装使用了LE[size=+0]D 照明系统。

另外，户外和基础设施市场也正从传统照明设备LPS、HPS 和水银蒸汽，向LE[size=+0]D 型照明解决方案的转移。LE[size=+0]D 拥有诸多的优势，例如：亮度可调节性、瞬时导通（没有达到最大亮度输出的预热时间）以及低维护。在世界各地都在进行着许多创新试点，对停车场照明、路灯和交通信号灯进行升级。在美国政府经济刺激资金的帮助下，一些城市已经在2009 年安装了LE[size=+0]D 路灯，还有其他几十个城市也在计划之中。至少有30 个城市已经提出超过1.04 亿美元的联邦经济刺激资金拨付申请，以帮助它们实施上述照明升级。2009 年，欧盟委员会便通过了一项规定，旨在有效地逐步淘汰传统的办公、工业和街道照明灯具，这在2012 年将会产生巨大的影响，其具体内容如下：

　　2010：逐步淘汰晕磷酸盐荧光灯管
　　2012：逐步淘汰T12 荧光（FL）灯管
　　2012：逐步淘汰高压钠灯（HPS）标准质量灯（仅E27/ E40/ PGZ12受影响）
　　2012：逐步淘汰低效率的金属卤化物（MH）灯（仅E27/E40/PGZ12受影响）。

欧洲的目标是到2020 年能源消耗减少20%，欧盟委员会2011 年2 月宣布了一项计划，旨在筹集1 千万欧元实施两到三个主要的大型项目，示范LE[size=+0]D 照明在光线质量、低能耗、低总运行成本以及用户接受度方面的诸多好处。

在推动采用如LE[size=+0]D 等更高效照明设备过程中，各国政府都在发挥其积极的作用，与此同时，如果我们真的想要加快LE[size=+0]D 照明在普通照明市场的推广应用，我们需要实现三个重要的技术突破。

首先，需要降低驱动器的成本，才能实现在普通照明市场LE[size=+0]D 灯泡和灯具的大众消费。许多LE[size=+0]D 芯片和电源IC 供应商都正在研究如何通过新技术或者改良技术，一点一点地降低其LE[size=+0]D 芯片或者驱动器IC 的成本，目的是以更低的价格提供更高的功效（更高的流明/瓦）。

其次，需要开发出能够同目前安装的电源基础设施无缝连接的LE[size=+0]D 驱动器。我们在使用“可调光”LE[size=+0]D 灯泡时已经碰到过这种问题，LE[size=+0]D 灯泡需要正确地同断相调光器一起工作，例如：前沿（基于TRIAC）及后沿调光器（基于晶体管）、数字调光器和运动传感器。MR16 型LE[size=+0]D 灯泡需要与目前安装使用的磁性[size=+0]电子变压器兼容（调光），同时还要与功耗低于传统卤素MR16 灯泡的LE[size=+0]D 灯泡兼容。在保持灯泡本身高效率的同时，还要满足[size=+0]电子变压器（eTransformer） 最低功耗要求，存在相当大的挑战。

最后，相比同类的白炽灯和CLF 产品，LE[size=+0]D 拥有非常高的灵活性。但是，需要发展LE[size=+0]D 照明智能控制技术，以便真正地将这种技术的价值最大化。它的范围涵盖家用或办公用LE[size=+0]D 灯泡的智能调光，其根据进入房间光线的多少来调节亮度，或者根据时段（黎明、粉尘、夜晚）来改变路灯的亮度。另外，LE[size=+0]D 还有一个优势即瞬时开启的能力，因此，相比目前使用的体育场馆照明等设备，其没有“加热”时间要求。

TI 致力于为这一重要成长市场提供服务。TI 及其竞争对手共同面临的主要挑战是，这一市场仍处于起步阶段，因此充满了躁动和混乱，且不断地变化着。这个市场现在存在的一个主要问题是，世界各个地区的要求都或多或少地不同，例如：输入电压、功率因数、电磁干扰（EMI）、额定标准、成本等等。这就意味着，作为电源控制器和转换器IC的制造厂商，我们很难达到理论规模经济效益，因为这个工业根本不可能实际开发出真正的通用LE[size=+0]D 灯泡（至少在短期内不可能）。但是，随着一些传统的竞争对手以及许多新进入这个行业的参与者，都一起加入到LE[size=+0]D 照明产业中来，竞争变得非常激烈，而这种状况也会加速针对这一市场的新型解决方案产品的出现。
这种激烈竞争带来市场的好处是创新的出现和成本的降低，而这正是推动这一新兴市场发展的两个关键因素。在这个市场统一以前，竞争的胜出者将会是那些找到并投资正确细分市场的企业，并且最终将会只有几家大型企业主导这个市场。TI 专注于那些为LE[size=+0]D 照明量身定做的产品开发工作，这些产品同时还拥有高度的灵活性，可以快速地适应各种LE[size=+0]D 照明细分市场要求的变化。这个市场仍然处于早期尝试应用阶段，在未来两到三年时间内其将会出现爆炸式的增长。TI 目前正在开发的产品以及正在实施的产能投入，将会让TI成为这个令人兴奋不已且不断增长的市场的领跑者。它可以确保TI 的广大客户在LE[size=+0]D 照明市场竞争中取得成功。