LED功率節(jié)省仍有很大空間 - 突破瓶頸　家用LED照明系統(tǒng)動(dòng)力大增

　　LED功率節(jié)省仍有精進(jìn)空間

　　LED照明市場(chǎng)迅速成長背后的主要驅(qū)動(dòng)力之一是與白熾燈甚至CFL照明相比，LED燈可節(jié)省較多的功率。因此，研究一下用現(xiàn)有LED能節(jié)省的功率以及未來幾年內(nèi)，其功率將如何進(jìn)一步節(jié)省。

　　目前60W白熾燈可提供約800流明，可轉(zhuǎn)換為13.3流明/瓦（lm/W）。而現(xiàn)有LED就商用產(chǎn)品而言，效率在50～170lm/W之間。未來的LED則將提供範(fàn)圍為200～230lm/W的效率。然而，最大的理論效率約為250lm/W。

　　就照明用途而言，可考慮100lm/W的LED。LED本身所需要的電功率為8W。不過，交流對(duì)直流（AC-DC）LED驅(qū)動(dòng)電子線路的效率也必須考慮在內(nèi)，就高性能LED驅(qū)動(dòng)器而言，此效率為85%。因此，離線式電源所需的總功率為8W/0.85=9.4W，從而與白熾燈相比，功率節(jié)省了84%。如果用65lm/W這個(gè)更加保守的數(shù)字，那么相對(duì)于白熾燈耗用的功率而言，LED功率可降低75%。展望未來，當(dāng)提供200lm/W的LED可用時(shí)，功率將節(jié)省多達(dá)92%。為滿足目前能源之星的要求，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)白熾燈，LED燈的功率須至少降低75%，才能取代白熾燈。

　　離線式供電設(shè)計(jì)難度高

　　能用離線式電源驅(qū)動(dòng)LED就可使應(yīng)用越來越快地增加，因?yàn)樵谏逃媒ㄖ妥≌?，可以非常便利且輕易得到這種形式的電源。儘管LED燈的附屬裝置相對(duì)簡(jiǎn)單，最終用戶非常容易安裝，但是對(duì)LED驅(qū)動(dòng)器IC的要求卻也大幅提高了。因?yàn)長ED須要一個(gè)良好調(diào)節(jié)的定電流源，以提供恆定的光輸出，所以用AC輸入源給LED供電需要一些特殊的設(shè)計(jì)方法，并要滿足一些特別的設(shè)計(jì)需求。

　　例如，在世界上不同地區(qū)，離線式電源參數(shù)可能不同，一般在90～265VAC之間，頻率則為50～65Hz。因此要製造通用全球市場(chǎng)的LED附屬裝置，最好擁有這樣一個(gè)無須修改就能使LED用在全球任何地方的電路設(shè)計(jì)，想達(dá)到這樣的目標(biāo)，就需要單一LED驅(qū)動(dòng)器IC能處理多種輸入電壓和頻率的功能。

　　除此之外，還有很多離線式LED應(yīng)用需要LED與驅(qū)動(dòng)電路之間實(shí)現(xiàn)電氣隔離，這主要是出于安全上的考量，同時(shí)亦是幾家監(jiān)管機(jī)構(gòu)所嚴(yán)格要求的。電氣隔離一般由隔離型反馳式LED驅(qū)動(dòng)器架構(gòu)，該架構(gòu)運(yùn)用變壓器隔離驅(qū)動(dòng)電路的主端和副端。

　　採用LED照明的動(dòng)力來自于提供特定光輸出量所需的功率可大幅降低，因此當(dāng)務(wù)之急是LED驅(qū)動(dòng)器IC要提供最高效率。因?yàn)長ED驅(qū)動(dòng)器電路必須將高壓AC電源轉(zhuǎn)換為更低的電壓和良好調(diào)節(jié)的LED電流，所以LED驅(qū)動(dòng)器IC必須設(shè)計(jì)為可提供高于80%的效率，以不浪費(fèi)功率。

　　而且為了配合在住宅應(yīng)用中常見的Triac調(diào)光器已大量安裝到位的情況下，使LED普及應(yīng)用成為可能，LED驅(qū)動(dòng)器IC必須與這些調(diào)光器一起高效運(yùn)作。Triac調(diào)光器專為與白熾燈和鹵素?zé)艉芎门浜瞎ぷ鞫O(shè)計(jì)，這兩種燈是理想的電阻性負(fù)載。然而，LED驅(qū)動(dòng)器電路一般是非線性的，而且不是電純阻性負(fù)載。其輸入橋式整流器在AC輸入電壓處于其正峰值和負(fù)峰值時(shí)，通常須吸收高強(qiáng)度的峰值電流。因此，LED驅(qū)動(dòng)器IC必須通過設(shè)計(jì)來「模仿」一個(gè)純電阻性負(fù)載，以確保LED在不產(chǎn)生任何明顯閃爍的情況下正確啟動(dòng)，并利用一個(gè)Triac進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)光。

　　PFC左右驅(qū)動(dòng)電路性能良窳

　　就LED照明而言，PFC是一個(gè)重要的性能規(guī)格。簡(jiǎn)言之，如果所吸取的電流與輸入電壓成正比且同相，那么功率校正因數(shù)為1。因?yàn)榘谉霟羰且环N理想的電阻性負(fù)載，所以輸入電流和電壓同相，且PFC為1。PFC特別重要，因?yàn)樗c本地電力供應(yīng)商所須提供的電功率有關(guān)。

　　換言之，在一個(gè)電力系統(tǒng)中，與一個(gè)具有高功率因數(shù)的負(fù)載相比，在所傳輸?shù)挠杏霉β氏嗤那闆r下，一個(gè)具有低功率因數(shù)的負(fù)載可吸取更大的電流。因?yàn)樗桦娏鬏^高，所以在配電系統(tǒng)中損失的能量也提高了，因此需要更粗的導(dǎo)線和其他傳輸設(shè)備。然而，較大的設(shè)備和能源浪費(fèi)增加了成本，所以電力公司通常對(duì)功率因數(shù)較低的工業(yè)或商用客戶收取較高的費(fèi)用。LED應(yīng)用的國際標(biāo)準(zhǔn)仍然處于開發(fā)中，不過大多數(shù)人相信，就LED照明應(yīng)用而言，將要求PFC》0.90。

　　LED驅(qū)動(dòng)器電路（包括大量二極體、變壓器和電容器）的表現(xiàn)不像一個(gè)純電阻性負(fù)載，其PFC可能低至0.5。為了將PFC提高到0.9以上，主動(dòng)或被動(dòng)PFC電路都必須設(shè)計(jì)到LED驅(qū)動(dòng)器電路內(nèi)。此外，在採用數(shù)百個(gè)以上50瓦LED燈的應(yīng)用中，高PFC尤其重要，在這種情況下，高PFC（》0.95）LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)是有益的。

　　另一方面，高PFC還有一點(diǎn)也很重要，即是最大限度降低LED附屬裝置的諧波失真。國際電工委員會(huì)（IEC）已制定了C類照明設(shè)備諧波性能規(guī)範(fàn)IEC 61000-3-2，以確保新的LED照明附屬裝置滿足低失真要求。

　　滿足成本及尺寸要求　精簡(jiǎn)LED驅(qū)動(dòng)電路勢(shì)在必行

　　在照明應(yīng)用中，能在較寬的線電壓、輸出電壓和溫度變化範(fàn)圍內(nèi)準(zhǔn)確調(diào)節(jié)LED電流是至關(guān)重要的，因?yàn)長ED亮度的變化必須是人眼難以察覺的。同樣的，為確保LED有最長的工作壽命，不用高于最大額定值的電流驅(qū)動(dòng)LED相當(dāng)重要。在隔離型反馳式應(yīng)用中，LED電流的調(diào)節(jié)并不是直接進(jìn)行，常常須要一個(gè)光耦合器來閉合所需的回饋迴路，或者可能增加一個(gè)額外的轉(zhuǎn)換級(jí)。然而，這兩種方法都帶來復(fù)雜性和可靠性等問題。幸運(yùn)的是，有些LED驅(qū)動(dòng)器IC的設(shè)計(jì)採用新的設(shè)計(jì)方法，無需這些額外的元件或不增加設(shè)計(jì)復(fù)雜性，就能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)LED電流。

　　然而，要從白熾燈迅速向LED燈轉(zhuǎn)變，最大的障礙是在于LED解決方案的成本和尺寸。雖然若考慮到在LED的壽命期內(nèi)電力成本和更換成本的降低，以這樣的價(jià)格換一個(gè)LED燈確實(shí)有經(jīng)濟(jì)意義，但若要消費(fèi)者花近1，000美元換一個(gè)LED燈，依然是很大的障礙。因此，目前仍以倉庫、車庫等支付大量照明電費(fèi)的商業(yè)企業(yè)轉(zhuǎn)向LED照明的速度較快，而此費(fèi)用的節(jié)省亦更加明顯。隨著LED燈購買費(fèi)用的下降，未來將有更多的消費(fèi)者愿意轉(zhuǎn)向LED照明。

　　另一方面，同樣重要的一個(gè)因素是LED照明解決方案的尺寸。很多LED燈都是直接旋入燈座的，因此整個(gè)解決方案必須與塬來使用的白熾燈有相同的形狀和體積。由于LED需要散熱器和許多復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)器電路，所以在相同的體積中裝入這兩樣?xùn)|西將可能是種挑戰(zhàn)。因此，消費(fèi)者需要的是一個(gè)簡(jiǎn)單，且接腳面積精簡(jiǎn)的解決方案中，可提供所有功能的LED驅(qū)動(dòng)器IC。