LED驅動器IC的發展趨勢

摘要：本文通過對各LEDGE動器廠商的訪問，探討了LED驅動器市場技術發展趨勢，以及照明、背光和LED TV方面的技術特點，并有部分供應商的產品策略。

關鍵詞：LEDGE動器；照明；高亮度LED；散熱；效率

DOI：10.3969／j.issn.1005-5517.2010.03.001

LED驅動器IC特點

德州儀器高級技術市場開拓工程師劉學超說，LED技術的發展需要驅動技術發展相配合。現今的LED市場規模為1億美元，未來3～5年還將擴張10倍以上。

對于中國市場，美國國家半導體亞太區市場經理黎志遠引用iSuppli公司對中國LED驅動器Ic市場的預測，在全球經濟和電子產業沉陷衰退之際，中國LED驅動器Ic市場2009年僅增長1％，從2008年的1.153億美元上升到1.16s億美元。但是，2010年增速將會加快到9.6％，規模將達到1.277億美元。預計2013年中國LED市場將達到1.39億美元。

展望2010年。隨著全球景氣逐步回溫，2009年出現衰退的汽車、通訊用LED驅動IC市場可望回穩，工業／照明用市場亦有2位數成長空間，至于信息用、消費性電子用市場，則將出現跳躍式成長，預估2010年全球LED驅動Ic市場規模將擴大至34.1億顆，相較2009年的27.0億顆，成長幅度達26.0％。

然而，LED驅動電源的要求也在不斷提高。pI公司高級產品經理BillWeiss認為．LED驅動器Ic的技術發展趨勢及特性表現為：高可靠性、高效率、高功率因數、可調光以及體積小。

凹凸(OzMicro)科技(中國)有限公司開發總監李勝泰具體介紹了LED驅動器技術特點，他說許多廠商的重點是：1.LED發光效率的增進：2.LED模組的散熱管理：良好的散熱處理．無論對于LED的壽命或演色性皆能提供較佳的狀態；3.轉換效率：基于節能減碳的目的，是否能有效高度利用公用電廠所提供的電力——提升功率因素的轉換亦為重點方向之一：4.產品可靠性：在物料選件及電路設計上多所著墨：5.LED背光：在技術上，使用LED做背光主要面臨的挑戰有：電流匹配在多顆LED串中的應用．包括功耗、保護電路、調光時的雜訊(Audiblenoiseduringdimming)等。

以下主要介紹LED照明、背光和LED TV方面熱點的技術市場。

LED照明

LED照明市場充滿潛力

德州儀器的劉學超說，LED照明發展非常迅速，年增長率超過60％，隨著LED發光效率的不斷提升，封裝技術不斷改進，驅動陸能和壽命的增加，LED照明技術在未來5年內會逐漸進入千家萬戶。

02Iviicro李勝泰說，在世界各國環保議題日漸重視的趨勢下，LED照明產業將扮演極重要的角色，其主要應用在于室內、室外照明以及街燈等高功率產品。據悉，2009年全球照明市場約1219億美元，LED僅占0.5％，顯見其未來潛力之可觀。其中，以亞太地區的市場規模為最大、約占全球33.7％之比例：居次為北美的30.1％．和歐洲之27.4％：然而．以應用產品來討論．戶外照明約占12％，則具有相當大的成長空間，尤其以占有全球38％戶外照明的中國市場為最。此外，值得關注的部分是，受政府政策及推廣影響較為直接且快速的街燈應用可望成為照明產業中快速成長的第一棒：預估在歐美優先領起的趨勢中，2010年全球可達到450萬盞LED街燈的水平：并且承于國際加緊節能減碳的腳步，一但路燈標準規格普及，中國市場可望占有世界50％以上的規模。

從LED亮度來看，大功率LED的光輸出已經達到了100流明／w的重要里程碑，同時有些制造商宣稱已經在實驗室中達到了120流明／W。凌力爾特公司電源產品市場總監TonyArmstrong說，這意味著，就能效而言，LED現在已經超過了CFL(80流明／w)。不過，據進一步預測，到2012年。LED將達到150流明／W的輸出。此外，當前的關注點全部集中在“綠色”上，與CFL不同，LED不合任何有害材料。

從LED成本看，LED照明的成本一直在快速走低。在過去12個月時間里，專用白光二極管(其中有很多已被LED燈泡所采用并在其成本中占了大部分)的價格已經從幾年前的8美元左右下降至1.50美元。很多LED行業分析師預測，在未來一年內，取代白熾燈的LED燈的價格將達到消費者可以接受的水平。一些LED制造商宣稱，已經設計出能夠驅動LED燈的發光芯片，而且能使LED燈產生可與75W白熾燈媲美的光(美國家庭普遍使用75W白熾燈)。為了輸出這種量級的光，這類LED芯片通常需要約12W功率。

照明LED驅動器IC的特點

晶豐明源半導體有限公司市場總監顏重光高工語出驚人：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)光源驅動的阻容降壓低成本方案是不安全的，CCR只能驅動0.5w以下的LED，LDo用穩壓的方法驅動對LED光源的壽命不利：DC／DC－恒流源和AC／DC-恒流源可能是目前已知的最理想方案之一。

縱觀DC LED光源的驅動技術，有三類驅動IC將是發展趨勢：一類是高壓工藝生產的DC／DC Buck，Vin寬至DC60～100V．恒流精度達1％．將能滿足所有直流LED燈具驅動的需要，可滿足LED光源多串少并技術的需要：第二類是Ac／DCI的LED燈具需要的應用電路簡潔、應用成本低、能過EMI、CE、UL的高效率諧振半橋(LLC)+PFC拓撲結構驅動Ic；第三種是功率因數校正((PFC)+脈寬調控(pwM)兩種平均電流模式控制器組成新的AC／Dc驅動Ic。它們將在新一代LED燈具顯現其強大生命力，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。

凌力爾特的Tony Armstrong也有相近的觀點，他指出，今天，LED驅動器Ic的關鍵性能之一是，必須能夠對LED充分調光。因為LED是用恒定電流驅動的，其DC電流值與LED亮度成正比，因此要改變LED亮度，有兩種通過控制LED電流調光的方法。第一種是模擬調光，通過降低恒定LED電流值。成比例地降低LED DC電流值。降低LED電流可能導致LED顏色的改變，或對LED電流的控制不準確。第二種是數字調光或PWM調光。PWM調光以等于或高于100Hz的頻率切換LED的通斷，以這樣的頻率切換，人眼察覺不到。PWM調光占空比與LED亮度成正比，而接通時的LED電流保持同樣的值(如LED驅動器Ic設定的那樣)，從而在高調光比時保持恒定LED顏色。在某些應用中，這種PWM調光方法可以用來實現高達5000：1的調光比。

Diodes公司LED照明部經理AllanLin也認為未來LED驅動器技術的發展體現在兩個方面，他說，第一，離線式高功率因數校正可調光LED驅動器可替代鹵素燈、白熾燈和熒光燈；第二．LED驅動器能高效替代低壓鹵素燈。以上兩種應用需要為LED提供電能及熱能保護，以增加其耐用性。其他發展趨勢還包括優化驅動器以提供最佳功效，并非將電流最大化。

中國作為全球制造商．LED驅動器技術的制造成本及總體BOM(物料清單)成本至關重要。為此，Diodes的特色是致力于發展很具成本效益的LED驅動器技術。

LED TV

在三星成功帶起LED TV話題之后，LED背光應用于電視的趨勢成為備受關注的焦點之一，預估其滲透率在2010年將有機會攀升至10％-15％。02，Micro公司李勝泰說，過去由于演色性及對比性的考量，直下式背光(Direct Type)一直是LED TV發展方向的主軸：然而在成本及薄型化設計的優勢驅動下，側光式(Edge TyVe)背光則漸成主流，占所有LED Tv機種至少93％之比例．并集中在40英寸以上的電視尺寸：因此，針對液晶電視未來的前景，LED TV將是2010年的發展主軸之一。LED TV產品現階段定位在高階市場，而LED背光應用于液晶電視的崛起，主要考驗之一在于其與cCFL背光之價差幅度：側邊式背光發展確實已經大幅拉近此二者之距離，然而之中的挑戰依然存在；據(BPSemi)市場總監悉，2009年第三季度40英寸及46英寸LED背光液晶電視面板與同尺寸CCFL的價差約為35％．預計至2010年第一季可拉近至30％左右的差距。此外，一臺電視機相較筆記本電腦(NB)之LED用量有數十倍之多；換言之，LED TV的發展亦同時受LED產能開發以及價格之限，未來若LED芯片的供給持續舒緩，可幫助銷售價位更接近消費者可接受的范圍時，LED TV將有機會如現今LED NB的發展方式較快速成長。

背光

Intersil公司認為：TFT(薄膜晶體管)背光等先進應用需要一些其他功能，包括PWM調光、DC調光、本地調光、PWM-Dc調光和直接PWM調光。IntersiI稱其高功率多通道LED驅動器具有很好的調光線性度，可準確地進行0.4％-100％的調光，匹配度為±1％。

飛兆半導體技術市場行銷經理Wayne Seto說．在中國和全球其它地區，手機LED驅動電路正從電荷泵架構轉向串聯升壓架構．因為后者不僅效率更高，而且能驅動更多LBD，從而支持更大顯示屏幕。隨著智能手機和較大LED顯示屏不斷普及，驅動七個或更多LED的需求曰益普遍。而最好的方法是通過串聯方式驅動的LED，使到每個LED的亮度相同；而由于電荷泵是以并聯方式驅動LED，因而無論屏幕多小，并聯通道的電流(即亮度)都會有某些差異。從七個以上LED的設計版圖角度來看，如果采用電荷泵LED驅動器，PCB(印制電路板)的版圖會比較復雜：而采用串聯升壓LED驅動器就簡單得多。對于注重成本的手機來說，線性LED驅動器是一個發展方向，取其電路簡單，而且易于納入設計。不過，電荷泵方案在成本敏感的產品領域和低中端手機中仍將被廣泛應用。

部分hED驅動器供應商特點及產品

凌力爾特的高亮度LED驅動器IC具有以下典型特點：寬輸入／輸出電壓范圍：高達IOOV；高效率轉換：高達95％：嚴格調節的LED電流匹配：在整個溫度范圍內低于2％等。例如，LT3743是一種同步降壓型DC／Dc轉換器、為提供恒定電流以驅動大電流LED而設計。新推出的LT3754解決了用白光LED給大型平板顯示屏提供背光照明時所遇到的驅動白光LED設計難題．可用于具有26英寸或更大平板顯示屏的高清電視機(HDTV)。

·BPSemi(晶豐明源半導體)的LED燈具用驅動Ic都采用了本地振蕩頻率抖動的先進技術。大大簡化了應用電路抗EMI部分。有效地降低了應用成本和PCB板的面積．如BP1360／1的典型應用只需要5個元器件，廣泛應用于直流LED照明和LCD-TV的側背光。BP2808則是采用恒流補償技術電流控制專利設計為LED光源提供恒定供電電流，在AC85～305v輸入范圍內輸出恒流精度優于2％，已經成功應用在上海世博會上海館室內照明。

PI可提供高效的LED驅動器電源IC：在所有集成解決方案中具有很低的空載功耗和良好的待機功率性能：是公認的可靠的電源轉換解決方案；集成度很高的解決方案，包括元件數目少，eBOM成本很低，易于設計和通過認證：全球實時的當地技術支持。PI所推出的三款LED驅動器Ic解決方案可從網頁上下載．例如使用HiperPLC(PLCSIOPG)設計的150W功率因數校正LLC電源，適合高功率LED路燈。

Oiodes在2008年收購了zetex公司．同時也掌握了先進的Buck LED驅動器技術。Diodes的三大LED驅動器技術包括：Diodes的解決方案很精簡：只需4個外部元件，效能表現卻超過90％；擁有高功率密度的加鉛封裝，其TSOT23-5封裝比競爭對手具備更低的熱阻，可用于最新一代取代傳統電燈的小型電路板LED；擁有完整的解決方案：具有離散式Ic集成電路能力，可以同時提供LED驅動器以及LED照明解決方案中所需的整流器元件。

德州儀器(TI)擁有一系列LED驅動器解決方案，諸如高功率DC／DC升壓LED驅動器(TPS61500)、高壓DC／DC升壓轉換器(TPS61 175)，及降壓DC／DC轉換器(TPS62110)電源管理芯片。這三款產品可支持高達18v的輸入電壓并具有較小的電壓基準，有助于改進LED電路設計。此外，這些低能耗產品具備多種功能，可廣泛應用于指示牌、環境照明、辦公照明、普通照明、醫療及傳感器等各種LED應用。

Intersil有針對各種應用的一系列LED驅動Ic產品線，包括汽車：高端筆記本、POS顯示屏和顯示器背光：手持式產品：通用照明系統。LED驅動器可以配置成無電感白光LED驅動器，用于并聯的LED，或是基于電感的白光LED驅動器，這是用于串聯的LED。拓撲包括升壓穩壓器LED驅動器、降壓穩壓器LED驅動器，和升降壓LED驅動器。對于這些應用．ISL97671．81系列可以在寬范圍肉高效地驅動72pc(6通道版本)和48pc(4通道版本)的低功率LED。

美國國家半導體(NS)z006年已是全球最大的LED驅動器供應商，市場占有率超過14％。該公司有一系列的高壓產品工藝，定義是在100V范圍內。這種高壓應用的優勢包括高效率，能夠驅動多串LED(達到16個LED)，可用于汽車、工業照明、建筑照明。2D09年2月，NS又推出全新的離線式恒流控制器——LM3445，優勢在于可以支持具備三端雙向可控硅(TRLC)正向或反向相位控制功能的傳統入墻式調光器。

飛兆(Fairchild)半導體將集中發展升壓技術，以及提高效率和功能性，并降低客戶的設計難度。飛兆半導體在LED驅動技術方面的優勢在于能夠了解客戶的需求和應用，從而開發盡可能好的照明解決方案。

O2Micro方案解決LED燈組過熱和提高效能。為了克服現今市場上LED街燈組電池壽命過短與LED燈組過熱的問題．O2Micro率先開發出Cool Driver Circuit(OZ9986A)的方案．針對40～200W的街燈應用。提供LED燈組良好的演色系及色彩均勻度、并憑借其優越的效能達到節能低碳的效果。LED背光應用中，在調光模式上，考慮到成本f無需改線或增加調光開關)，O2Micro提供了一種非TRICA的三段式調光。