全球LED驱动IC新品创新技术分析[附图表]

2011-05-27 22:30:50来源: 电子元件技术 关键字:LED  驱动  IC
 
   前言

    半导体照明技术与产业的发展比人们预期快得多,LED光源的某些特性是以往任何人造光源所无法比拟的,如色彩丰富、色饱和度高、光束集中、固态发光、响应速度快、亮度和颜色均可数字化、智能化、网络化控制与调节等等。这些新特性的广泛应用将改变人们传统照明的经验和习惯,引发照明理念和光文化的变革,推动照明产品向以人为本和更人性化的方向发展。

    最重要的一点还是LED照明符合节能环保的大趋势,为此各国政府纷纷出台推动政策,美国能源部早在2000年就开始大力推动研发固态照明技术研究,支持了很多研发项目,取得了多项成就。可以说推行SSL计划在固态照明领域已经取得了相当大进展。中国科技部启动“十城万盏”半导体照明示范工程将把LED推向更广阔的市场,促进LED产业做大做强。同时欧盟、德国、日本、韩国等地也都推出了类似的计划。这些政策的相继出台将加速LED照明的发展。

    由于LED是特性敏感的半导体器件,又具有负温度特性。因而在应用过程中需要对其进行稳定工作状态的保护,从而产生了驱动的概念。LED不像普通的白炽灯泡,可以直接连接220V的交流市电。LED是2—3伏的低电压驱动,必须要设计复杂的变换电路,LED驱动电源匹配方面要求很高。驱动电源的品质是LED长寿高效的关键保障之一。

    本报告主要分析了2009年LED驱动的市场形态,LED驱动的技术难点,罗列分析19家优秀LED驱动IC厂商2009年新推出的LED驱动IC新品,希望可以对LED驱动IC的选型使用提供一些帮助。

第1章 国内外LED驱动市场行业现状

1.1 LED 驱动 国际市场分析

LED驱动市场分布情况(Research and Markets研究机构观点 (2009-07-02))

    自从高亮度LED(100 lm/W)商品化,以及LED的单价(1日圆/lm)持续下降,使得LED更容易进入多元化的应用领域,更使得LED相关的终端产品发展更为迅速。其中,LED发光的主要功臣就是LED驱动IC。下图1为全球LED驱动IC市场值预测。

  

  图1 全球LED驱动IC市场值预测 Source :IMS

    目前LED的应用目标非常的广泛:手机、手持式装置、液晶面板背光源、汽车头灯或其它应用到户外、办公室与家中的灯光来源都是。短期来说,LED的主力应用将从手机先扩展至液晶面板背光源。

    Research and Markets研究机构发现,虽然现在LED与LED驱动IC的主要市场是在手机,但是从2010年开始,应用在液晶面板或液晶电视的LED与LED驱动IC将成为其最大的主流。

    Research and Markets认为液晶电视在2006年时,年成长率达95%,而到2007年变成57%的成长率。简单来说,一旦成长趋势趋缓,厂商之间的竞争将开始转变,在这样的影响之下,液晶电视厂商唯有透过强化产品的差异化,才能够获得更好的利润,所以采用LED为背光源就成为重点之一。

    根据估计,从现在至2011年全球液晶电视的出货量平均成长率将为25%以上,而在2011年时达到2亿台的关卡,这对于LED驱动IC来说,是非常庞大的市场量。

    此外,LED背光源在笔记型计算机的成长也将在未来几年呈现两位数字的成长。Research and Markets估计2008年笔记型计算机的成长率达25%,而2009年开始笔记型计算机的出货量将首次超越桌上型计算机。因此,未来几年笔记型计算机也将是 LED与LED驱动IC成长的动力。

    在车用LED方面,由于散热技术不断突破,以及主要零组件成本持续降低,车用LED与LED驱动IC的使用比重将不断增加。未来LED车头灯也将从高级车种延伸至一般房车。LED应用于一般照明,由于电流需要用恒定电流老控制。因此LED照明厂商倾向于客户订制的LED 驱动IC设计,来符合其需求。

1.2 LED驱动国内市场分析

国内外市场现状态:iSuppli观点(2009-07-31)

    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年将仅增长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。

  

  图2  iSuppli公司对中国LED驱动器IC市场的预测

中国政府采取措施刺激国内需求,并鼓励企业向LED产业投资,正在推动国内LED驱动器销售增长。
 

    外商目前控制着中国的LED驱动IC市场,尤其是德州仪器、国家半导体和凌特公司等美国企业。这些供应商面向不同的市场,每个市场都有自己特殊的要求,包括手机、便携消费电子产品、汽车、标识/大型显示屏、交通信号灯和普通照明。另外台湾LED厂商也比较活跃。

    在2008年以前,中国只有几家本土半导体厂商专注于LED驱动器市场。但是,从去年开始,由于中国采取措施发展国内供应,以满足LED城市照明以及其它项目的需求,越来越多的国内企业开始进入LED驱动器市场。但是,新加入LED驱动器市场的这些厂商多数都是无厂公司。从2008年开始,有40多家无厂IC设计公司在开发LED驱动IC,iSuppli公司相信,几乎所有专注于电源管理IC市场的厂商都将在未来两年推出自己的LED驱动IC产品。

    iSuppli公司预测,中国企业在该市场将取得长足进展。它们努力在未来五年实现快速成长,尤其是在手机与消费类便携设备的背光方面。

第2章 LED驱动基础知识

2.1 LED驱动拓扑结构简介

    LED按照应用可以分为照明、背光和显示三大类别。大多数的LED驱动电路都属于下列拓扑类型:降压型、升压型、降压-升压型、SEPIC和反激式拓扑。为了实现更加高效的LED照明,需要有新的拓扑结构来提供解决方案,从反激式拓扑结构转向谐振半桥拓扑结构,可以充分发挥零电压开关拓扑结构(ZVS)的优势。除此之外还有简易的限流电阻器或线性稳压器来驱动LED,但是此类方法通常会浪费过多功率。LED照明应用的主要设计挑战包括以下几个方面:散热、高效率、低成本、调光无闪烁、大范围调光、可靠性、安全性和消除色偏。这些挑战需要综合运用适当的电源系统拓扑架构、驱动电路拓扑结构和机械设计才能解决。

  

  表1  LED驱动常用拓扑结构图

    不管LED照明系统的输出功率有多大,LED驱动器电路的选择都将在很大程度上取决于输入电压范围、LED串本身的累积电压降、以及足以驱动LED所需的电流。这导致了多种不同的可行LED驱动器拓扑结构,如降压型、升压型、降压-升压型和SEPIC型、反激式拓扑、谐振半桥拓扑结构。每种拓扑结构都有其优点和缺点。

    LED驱动电路相关的设计参数包括输入电压范围、驱动的LED数量、LED电流、隔离、EMI抑制以及效率等。总的看来LED照明设计需要考虑以下几方面的因素:

       输出功率:涉及LED正向电压范围、电流及LED排列方式等

  电源:AC-DC电源、DC-DC电源、直接采用AC电源驱动

  功能要求:调光要求、调光方式(模拟、数字或多级)、照明控制

  其他要求:能效、功率因数、尺寸、成本、故障处理(保护特性)、要遵从的标准及可靠性等

  更多考虑因素:机械连接、安装、维修/替换、寿命周期、物流等

2.2 LED照明驱动

    LED照明符合节能环保的大趋势,前景比较明朗,虽然背光、显示技术发展多年,方案相对成熟,但在市场热度上不如照明,而且在很多相关消费电子市场(如手机背光)竞争强度大,对成本要求高,价格战频发,利润空间受到较大限制。有人认为也许就在2-3年中,LED照明技术将有突破性进展,市场会大规模启动。与此同时LED照明的应用不断拓宽,新的市场不断涌现。也许大功率路灯、普通照明等市场起步比较慢,但你会发现一些小功率的照明市场在快速发展,比如装饰照明、便携产品照明等等。

美国能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固态照明(SSL)规范:

    美国能源部(DOE)“能源之星”(ENERGYSTAR)固态照明(SSL)规范中规定任何功率等级皆须强制提供功率因数校正(PFC)。这标准适用于一系列特定产品,如嵌灯、橱柜灯及台灯,其中,住宅应用的LED 驱动器功率因数须大于0.7,而商业应用中则须大于0.9;但是,这标准属于自愿性标准。欧盟的IEC61000-3-2 谐波含量标准中则规定了功率大于25 W 的照明应用的总谐波失真性能,其最大限制相当于总谐波失真(THD)《 35%,而功率因数(PF)》0.94。

   虽然不是所有国家都绝对强制要求照明应用中改善功率因数,但某些应用可能有这方面的要求,如公用事业机构大力推动拥有高功率因数的产品在公用设施中的商业应用,此外,公用事业机构购入/维护街灯时,也可以根据他们的意愿来决定是否要求拥有高功率因数(通常》0.95+)。

   美国能源部能源之星近期发布了其集成LED灯(该灯通常要拧入ANSI标准化灯座,与当今市面上的大多数

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关键字:LED  驱动  IC

编辑:探路者 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/LED/2011/0527/article_3176.html
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现任华润矽威科技(上海)有限公司市场部经理/高工,上海市传感技术学会理事、副秘书长。

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