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高亮度LED应用为LED驱动器集成电路带来新的机会和挑战

2009-10-28 作者:Jeff Gruetter 来源:凌力尔特公司市场师 浏览量: 网友评论: 0

摘要: 目前,对高亮度LED(发光二极管)的市场预测存在很大差别。尽管预测数据不同,但是趋势是明显的:高亮度(HB)LED 市场正在以惊人的速度增长。

  目前,对高亮度 LED(发光二极管)的市场预测存在很大差别。尽管预测数据不同,但是趋势是明显的:高亮度(HB)LED市场正在以惊人的速度增长。有些预测数据为年复合增长率 15%,另一些则为年复合增长率 35%。2007 年汽车领域的LED 照明处于起步阶段,销售额为 6.7 亿美元,但是预计将以 15% 的年复合增长率增长,到2011年(1)达到12亿美元。如果将非汽车应用考虑在内,那么年复合增长率接近35%,而且到2011 年,总的高亮度LED 市场有可能轻松超过25 亿美元。

  这么高的增长潜力靠什么驱动?首先,LED 产生光的效率是白炽灯的10 倍,同时几乎是荧光灯的两倍,因此极大地降低了提供特定光输出量(单位:流明)所需的电功率。第二,白炽灯使用 1,000 小时后需要更换,荧光灯可持续使用 1 万小时,而 LED 的寿命超过10万小时。在大多数应用中,这允许LED 永久性地嵌入到最终应用中而无需附属装置。例子包括用于装在汽车车体上的显示屏或 HDTV 的LCD显示屏,因为这些LED 在汽车、HDTV 或运动场馆显示器寿命期内不会需要更换。第三,LED 比其它照明产品小几个数量级,外形尺寸可以制作得非常扁平,这样它们就可以永久性地嵌入到汽车内部和外部应用中。另外,通过使用红光、绿光和蓝光 LED 配置,可以实现无数种颜色。最后,LED 能够调光,而且其接通和断开时间很快,人眼察觉不到,这极大地改进了 HDTV 和其它类型显示器的背光照明。没有这些 LED,不可能有极高对比度和清晰的高分辨率LCD HDTV。

  尽管如此,照明系统设计师的最大挑战之一是如何充分利用最新一代 LED 的所有优势。因为它们一般需要一个准确的直流电流源,还需要调光,因此 LED 驱动器集成电路必须设计成能满足各种不同应用的需求。电源解决方案必须高效率、功能可靠,而且与往常一样,要非常紧凑和经济。有理由认为,最苛刻的 LED 驱动应用之一是在汽车应用中,其中包括基于 LED 的内部照明、LCD 显示器背光照明、刹车/转向信号指示灯,甚至包括前灯。

  汽车LED 照明

  尺寸小、功耗低以及接通时间短等优点已经使高亮度LED 开始在今天的汽车中得到广泛采用。最初的LED应用是中央高位刹车灯(CHMSL),这类应用采用红光LED 提供非常微小的照明阵列,这种阵列很容易安装,而且从不需要更换。

  传统上,白炽灯是最经济的光源,而且很多汽车仍在使用。不过,用于照明组件的可用空间缩小以及对长工作寿命的需求,加之LED 实现了明亮的自然色彩和简化设计,因此LED在很多应用中迅速取代了白炽灯。白光LED 阵列取代传统的冷阴极荧光照明(CCFL)TFT-LCD 背光照明越来越常见了,白光LED 提供更加精确和可调的背光照明,工作寿命将很容易超过汽车本身的寿命。甚至主要是卤素/氙灯丝设计应用领域的前灯也正在逐步采用电子可控的大电流LED阵列。包括内部/外部和背光照明应用的所有汽车照明应用都几乎在转向LED。在这种环境中使用LED有几个优点。首先,它们从不需要更换,因为其长达10万余小时(11.5 年的使用年限)的可靠寿命超过了汽车本身的寿命。这允许汽车制造商永久性地将其嵌入舱内照明系统,无需为了方便更换而进行相应的设计。其款式也可以有很大变化,因为 LED 照明系统所需的深度和面积不像白炽灯那么大。

  图1所示是现代汽车中的各种LED照明应用。在汽车内部,有几种采用各种类型LED的标准内置照明模块。有些是单个LED,而像导航仪表板背光照明等另一些应用则需要LED 阵列。在外部照明方面,LED也得到了认可。现在超过40% 的中央高位刹车灯已经采用红光 LED。另外,奥迪(Audi) 2008 A8 采用大电流LED 阵列作为白天行车灯(DRL)。雷克萨斯 (Lexus) 600 轿车和奥迪R8包括前灯在内的全部外部前向照明都是由LED完成的。类似地,甚至更多中档汽车和很多摩托车也采用了彩色LED阵列作为刹车/转向信号指示灯。

  

   图1:LED 照明在现代汽车中的典型应用。

   汽车LED 照明的设计参数

  

   表1:大电流白光 LED 的正向压降与驱动电流。

  为确保最佳性能和更长的使用寿命,LED需要一个有效的驱动电路。这些驱动电路必须能够适应条件非常苛刻的汽车电源总线,而且要既经济又节省空间。为了保证更长的使用寿命,首要的是不超过LED的电流和温度限制。表1 给出了大电流白光LED的典型正向电压与驱动电流。

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