LED照明在家用市场寻求突破

高效、节能、环保、高寿命等特点使得LED成为近年来最具发展潜力的应用之一。LED在商业照明应用领域已经得到普遍的认可和接受，并开始逐渐渗透到家用照明领域，夏普、东芝、松下、NEC、欧司朗等公司都推出了各自的家用LED照明产品。但是，高昂的价格以及器件可靠性、效率、散热设计等技术挑战制约了LED照明在家庭应用中的普及，因此，如何突破价格壁垒，解决以上技术难题成为半导体厂商首先必须面对的问题。

成本是LED进入家用市场的最大障碍

与商业照明应用相比，庞大的消费群使得LED家庭照明市场极受关注，但家用市场对于成本极其敏感，这导致其发展速度缓慢。Maxim公司HB LED产品线业务经理Piero Bianco指出，“制约LED照明进入家庭应用的关键因素是成本。为了与其它技术(荧光灯是其最主要的竞争产品)争夺市场份额，LED灯具的价格必须控制在 10至15美元以下。”德州仪器(TI)高级技术市场开拓工程师刘学超对此也有认同，“虽然LED的成本在逐步降低，但和传统CFL节能灯相比，还有一定价格差距。”

LED灯泡的高成本主要来自三个方面，包括大功率LED 光源、LED的控制芯片以及为实现良好散热而采用的灯泡外壳材料。通过降低驱动器成本是减少整个LED系统成本的有效方法之一。据Maxim公司的 Piero Bianco介绍，利用单级变换驱动器，直接采用交流电源供电，能够有效降低成本。另一种途径是尽可能在驱动器中避免使用电解电容，因为LED灯的工作温度较高，必须选用高级电解电容才能维持足够的驱动电路使用寿命。因此，如果驱动器中不需要使用电解电容，也会节省相应的成本。该公司已经推出了一款单级变换、无需电解电容的LED灯驱动方案。

无疑，技术水平的提高将有助于推动LED照明在家庭中的成功应用。高亮度LED的发光效率在过去几年中已得到巨大提升，随着发光效率、使用寿命、可靠性等的不断提升，LED照明的市场吸引力和应用价值将会不断提高，在家庭中的采用率也将因此而逐步提高。除了价格之外，要想产品真正在家庭市场具有竞争力，高亮度LED照明解决方案还必须提供可调光的选择。通过增加调光功能，以便用户根据实际需要调节灯的亮度，也有助于降低功耗。

可靠性和散热设计面临挑战

进行LED照明系统设计时，工程师必须应对的关键挑战是在保持极高可靠性同时降低成本。安森美半导体照明及智能电网市场营销总监郑乐康表示，为降低家用LED照明系统的成本，设计工程师往往倾向于使用较低等级的元件，如更低额定温度的电容或精度更低的电阻。如果在家用LED照明系统的电子驱动器部分使用较低额定温度的电容，而这些额定温度较低的电容很可能在使用几年(3到5年)后失效。那么，最后的局面将会是LED照明系统中LED本身的寿命长达5万到10万小时(15到20年)，但电子驱动器由于可靠性问题仅能存续3到5年。因此，工程师在设计时不能以牺牲可靠性为代价，并应确保电子驱动器的可靠性和寿命与LED的可靠性和寿命匹配。

良好的散热管理和高效驱动电路是实现高效LED照明系统的重要保障，“否则将有可能造成系统可靠性降低、光衰甚至产品失效。对于驱动部分而言，高效的热管理同样是必需的，通过提升转换效率可以减少损耗，从而减少热量的产出。从控制器的设计到组件的选择都需要注意。”台湾聚积科技LED照明产品线项目副经理苏醒强调。散热处理不当将会加速亮度衰减，进而降低产品的亮度与使用寿命。此外，由于LED照明的工作环境比较恶劣(雷击、高温等)，提高LED驱动电源的效率和可靠性成为设计难点。

从传统普通照明转向LED照明还必须满足消费者对产品的高品质要求。立琦科技高级项目经理廖光彬认为，“LED照明的需求与传统照明产品对电源的要求不同，因此，专门为LED照明而开发的电源设计方案显得非常有必要。这些需求包括定电流输出、支持Triac调光、单输入多串输出的设计、低输出功率高PF值、全新的架构以满足高功率低成本要求等。”

Intersil高级应用工程师Tamara Schmitz表示，“消费者要求设计具有至少达到90的功率因数和超过80％的效率。在直流应用中，最大输入电压可超过约40V。在交流应用中，输入电压可能是120V或240V(最大277V)。高亮度LED必须通过运行在120Hz频率的PWM进行驱动，以尽可能减少任何可见的干扰。有时还需改变频率。除了这些设计上的限制，根据应用的不同，可以采用隔离和非隔离设计。”因此，没有一种适合所有应用的解决方案。每个解决方案都是根据LED数量和通过 LED的电流专门定义的。根据磁性元件、所选的功率元件和输出电容器的变化，必须对解决方案做出调整。