照明-LED背光與照明業(yè)面臨挑戰(zhàn)及主要解決方案分析_研究報告

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由于在背光和照明等相關應用中的迅猛發(fā)展，以節(jié)能、環(huán)保和長壽命為賣點的led技術正在重新回到熱點技術的行列中來。盡管業(yè)界還需要克服一些技術上的挑戰(zhàn)來完善現(xiàn)有的技術，不過主要的半導體廠商都已紛紛推出了各具特色的解決方案。
　　
　　面臨眾多挑戰(zhàn)
　　
　　對于許多剛剛接觸LED技術的工程師來說，如何減少其在系統(tǒng)中的占用空間以及盡可能的提高亮度是他們選擇LED方案供應商時首先碰到的問題。不過由于LED技術還處于起步階段，供應商們還需要克服眾多挑戰(zhàn)。
　　
　　Cypress的EZ-Color產(chǎn)品營銷經(jīng)理ShoneTran認為，對于所有的大功率LED設計來說，器件分選(Binning)、溫度、色準以及信號通訊可能是半導體方案供應商們正在面臨的四項主要難題。不過具體到不同的細分市場還是有一些細微的區(qū)別。比如色準、溫度和信號通訊是LED背光中最需要迫切解決的問題，而在汽車照明中，溫度和色準控制技術的重要性要更高一些，至于通用照明，無論是方面都還需要進一步的完善。
　　
　　Tran關于細分市場要求不同的看法與安森美半導體亞太區(qū)電源管理部市場推廣經(jīng)理蔣家亮的意見不謀而合。不同的是，后者認為成本問題才是LED背光和通用照明中最重要的因素。至于汽車照明，他指出：“已有的方案還必須在可靠性上(比如能否經(jīng)受嚴酷的環(huán)境溫度)不斷加強�！�
　　
　　蔣家亮表示，LED技術要想在通用照明領域取得更多進展，就必須考慮如何更方便地替換現(xiàn)有的鹵素燈和聚光照明燈等傳統(tǒng)光源�！氨热鐚ED和轉(zhuǎn)換電路組裝到小型的燈具當中。”而歐司朗光電半導體的LED市場總監(jiān)TimonRupp也持有同樣的看法。歐司朗光電半導體目前主要關注的還是汽車和通用照明市場。其與照明大廠歐司朗的親密關系令其對終端需求的體會比其他供應商更深�！癓ED技術正努力在通用照明領域同傳統(tǒng)光源展開競爭。”Rupp表示，“半導體供應商遇到的最主要的挑戰(zhàn)是如何在系統(tǒng)集成方面取得突破，比如提供更容易令消費者從傳統(tǒng)光源轉(zhuǎn)向這種新興技術的所謂‘交鑰匙’或者‘即插即用’的解決方案。”
　　
　　與其他受訪者相比，美國國家半導體亞太區(qū)電源管理產(chǎn)品市場營銷經(jīng)理吳志民的意見要具體一些。“在驅(qū)動多個LED燈串的背光方案中，燈串間的電流匹配是主要挑戰(zhàn)。而無論LCD電視還是汽車應用，都對對比度提出了較高的要求�！眳侵久裾f。另外，他還指出，由于LED在通用照明領域的應用非常廣泛，供應商還必須有能力提供擁有全范圍輸入電壓的各種驅(qū)動器。
　　
　　“白光LED驅(qū)動器必須能夠為特定的LED配置提供足夠的電流和電壓，并采用可滿足輸入電壓范圍以及所需的輸出電壓和電流要求的轉(zhuǎn)換拓撲結構�！盠inear電源產(chǎn)品組產(chǎn)品市場經(jīng)理TonyArmstrong表示。他指出，一款絕佳的LED驅(qū)動器必須擁有下列特點中的部分或者全部內(nèi)容：寬輸出電壓范圍；高效轉(zhuǎn)換；嚴格調(diào)節(jié)的LED電流匹配；低噪聲、恒定頻率操作；獨立的電流和調(diào)光控制；外形緊湊、占板面積小、外部元件極少。

主要解決方案
　　
　　EZ-Color是Cypress于去年夏天專門針對高亮度(HB)LED智能照明系統(tǒng)推出的一款基于閃存的可編程LED驅(qū)動器。
　　
　　它最多可控制16個HB-LED(CY8CLED16)，這比同類型的競爭產(chǎn)品要多出4~5個。為了盡可能加快設計人員的開發(fā)進度，該公司還同時提供了兩款名為PSoCExpress和PSoCDesigner的設計工具。分別面向此前沒有任何嵌入式設計經(jīng)驗的入門級用戶以及嵌入式設計專家使用。同時提供的評估套件(CY3261A-RGB)還提供一個交互式圖形界面，可透過CIE圖表，或者是直接控制單個HB-LED進行快速顏色混合。EZ-Color還有分別可控制4個和8個LED的CY8CLED04與CY8CLED08可供選擇。據(jù)悉，基于EZ-ColorHB-LED驅(qū)動器，該公司還在開發(fā)一款光反饋解決方案，其中將采用顏色傳感器來進行閉環(huán)的顏色準確度補償。
　　
　　針對高端手機閃光燈應用，歐司朗光電半導體開發(fā)了CERAMOS和OSLUX產(chǎn)品線。該公司同時還提供面向汽車前燈(OSTARHeadlamp)和通用照明的產(chǎn)品(OSTARLighting)。特別要介紹的是這款通過了汽車安規(guī)驗證并已開始提供樣片的OSTARHeadlamp。它并沒有采用透鏡，但通過一個改進的轉(zhuǎn)換器以及Thinfilm技術上的提升，其在工作電流為700mA的情況下獲得了620lm和12W的峰值亮度和功耗，高達500lm的亮度典型值也是上代產(chǎn)品的兩倍，這比目前已有的任何一款LED亮度都高。緊湊的封裝形式令其能夠同小型光學器件連接在一起，從而節(jié)省空間并賦予設計師更多自有發(fā)揮的空間。該公司將于2008年底開始量產(chǎn)這款產(chǎn)品。
　　
　　美國國半不久前剛剛發(fā)布了一款型號為LM3433的DC/DC同步降壓恒流穩(wěn)壓器，它能夠為投影儀和背投電視的大功率HB-LED提供穩(wěn)定的負電流。由于允許多個LED陽極直接連接到接地點，這使得電路散熱能力大大提高。此外，超過40kHz的PWM調(diào)光控制頻率還促成了數(shù)字色溫控制、干擾清除、場序照明以及亮度控制等技術的實現(xiàn)。由于采用固定導通時間，該器件也無需加接輸出電容。該公司還將很快上市一款面向汽車以及LCDTV背光應用、集成了升壓控制器的3通道恒流LED驅(qū)動器LM3431。它能夠為3個LED燈串(每串最多可有10個LED)提供高精度的恒定電流。最大輸出電流為150mA，在適當擴展后還能夠驅(qū)動6個LED燈串。為了減少壓降提高效率，LM3431還采用了陰極反饋穩(wěn)壓控制電路。采用PWM調(diào)光方式，最大調(diào)光頻率25kHz，此時的對比度為100:1，而進一步降低調(diào)光頻率后，對比度更可超過1,000:1。
　　
　　LED的應用多種多樣，供應商需要提供各種不同的電路拓撲結構使得其在特定應用中達到最優(yōu)的方案成本與性能�；谶@樣一個思路，安森美在其LED驅(qū)動器中采用了提高轉(zhuǎn)換頻率、采用低損耗拓撲結構、電荷泵等方法。比如利用其在充電器解決方案中的經(jīng)驗所推出的NCP1216，可方便地用于構建帶有安全隔離或不帶有安全隔離功能的解決方案。作為一款PWM控制器，能夠配合一個外置MOSFET用于從10瓦到數(shù)十瓦的某些背光應用。此外，內(nèi)置了一個MOSFET的NXP101X系列由于緊湊的封裝非常適用于聚光照明等較小型應用。而低壓直流-直流開關穩(wěn)壓器NCP3065則可用于LED燈的簡單降壓或升壓配置。此外，如果同時需要PFC和電源轉(zhuǎn)換，單段式PFC控制器NCP1651也是一個較好的選擇。

Linear也是LED驅(qū)動器市場的主要供應商。LT3595是該公司最新推出一款高性能LED驅(qū)動器，面向大尺寸TFT-LCD背光應用，16個獨立通道最多可驅(qū)動160個(16×10)50mALED。
　　
　　每個通道的調(diào)光可通過一個單獨的PWM引腳來實現(xiàn)，調(diào)光范圍5,000:1，16個通道間的電路匹配度為8%。LT3595還具備開路檢測和熱保護等功能。由于所有的電源開關、肖特基二極管和補償元件都被集成進來，轉(zhuǎn)換器電路板面積和元件成本都被大大降低。
　　
　　LTC3212是Linear專門面向便攜式顯示和照明應用中的RGBLED而推出的另外一款新品。能以高達25mA的電流來驅(qū)動3個LED(輸入電壓2.7V~5.5V)。由于僅需3個小電容器和1~3個編程電阻器即可構成一款纖巧完整的RGB或白光LED電流控制器和電源解決方案，這令其特別適合于小型的電池供電設備。其多模工作方式的充電泵可執(zhí)行低噪聲、恒定頻率操作，以最大限度地抑制紋波。設計師可利用3個單獨的電阻器來設置的LED電流源，進而控制LED的調(diào)光操作和亮度。當全部3個RGBLED均被設置為ON時，白光模式將對紅光、綠光和藍光LED電流比進行優(yōu)化，從而實現(xiàn)最佳的白色光。

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