影响LED照明发展的关键因素

　　那么，目前全球都在主攻LED灯、芯片和应用领域。但现在LED的平均寿命还是较为有限，有人认为关键还是驱动力不足。那么影响LED产业发展的主要因素是什么?

　　飞兆的Donghye Cho认为，如果要把LED打进一般照明市场，建立业界公认的标准并降低成本非常重要。其它有待解决的问题仍然是良率、发光效率(lm/W)和散热。良率直接影响LED的制造成本和系统BOM(材料清单)成本，这占据LED照明应用总体BOM成本的70%。

　　台湾普诚科技绿色能源事业处萧恩煦协理指出，随着LED技术的发展，其单位功率的流明不断提升，目前在市场上量产的LED灯泡多数可以达到60 lm/W以上。在未来几年之内，LED散热技术不断优化，LED的流明转换效率将会不断提高，真正达到节能的目的。

　　LED驱动器目前仍处“战国时代”，多样化、灵活性是目前LED驱动器在市场上的体现，在未来的2~3年内不会发生根本性的改变。但随着市场需求的不断规范化、趋同性，LED驱动器将逐渐变成一个标准品。以目前市场发展较快的照明LED灯泡为例，在市场的开始阶段，驱动芯片的隔离方案几乎是每个方案设计商的必需，但随着灯泡外壳技术的发展、灯泡体积的不断缩小、价格的降低，LED灯泡的驱动方案也发生了较大的改变，非隔离方案的优势将逐渐呈现出来，并被众多客户接受。目前LED灯泡多在4~6W范围，对功率因素要求不高，但未来对功率因素的要求势在必行，LED驱动器集成功率因素校正功能将在LED灯泡市场成为主流。

　　台湾聚积的何宜睿认为，就LED灯具而言，与寿命最相关的不外乎灯具的电路部份。通常灯具厂商在设计的时候需要注意到两个地方：一个地方是LED芯片在操作时候的温度与寿命的关系，另一个是驱动电源本体组件的寿命限制。

　　影响寿命的因素

　　从技术层面来看，LED本身的寿命往往长达几万小时，但有时8000小时就不错了。造成这种现象的原因是什么?

　　安森美半导体中国区高级应用工程经理郑宗前认为，这是由于照明系统设计工程师在LED驱动电路设计中为了降低成本而使用较低等级的外部元件，如额定工作温度更低的电容或精度更低的电阻等，会使驱动电路的可靠性降低，使用寿命大幅缩短，不能与LED本身的寿命匹配。故工程师的一大挑战是在保持极高可靠性的同时还要降低成本。

　　从市场来看，随着LED在亮度及能效等方面在提升，对于LED照明产业而言，在商用市场和消费市场的发展步伐并不一致。建筑物照明及零售照明等商业照明是最早应用LED通用照明的领域，总体拥有成本、可靠性和便利性等因素正推动LED照明在此领域不断普及。而在住宅应用等消费市场，成本仍是影响LED照明普及的关键因素。

　　很多LED企业认为芯片、散热器是LED寿命的根源，却没有注意到LED电源驱动导致的光衰问题，致使消费者买回去两年不到就变得跟蜡烛一样。那么如何更好地解决散热或光衰等方面的问题?

　　聚积的何宜叡认为，LED芯片本体对寿命的推算，通常由光衰的程度来决定(例如:有些估算方式为光衰达30%或50%)。光衰的程度取决于某一温度下的光衰系数与加电时间，而两者之间又带有指数型的关系。因此当温度上升过高时，光衰速度急剧增加，会导致LED芯片寿命大幅衰减。

　　另外，电源驱动端输出电流纹波过大时，也可能对LED芯片寿命产生明显影响。电源驱动器设计要能够在满足高效率甚至高PF(功率因数)值后，仍能输出高稳定度及高精准度的电流十分重要。经由选用适合的电源方案可以确保LED芯片寿命在可以控制的范围内，避免不正常的LED光衰。

　　在驱动电源本体中，多数半导体组件可以承受较高的环境温度。然而有部分元件如电解电容，寿命条件对环境温度有极高的要求。除了在元件选用规格上可以选择较长寿命之规格外，在电路设计上也可以经由选用适当的电源方案，获取较高的电源转换效率，进而降低灯具内电路热能堆积。

　　Fairchild的Donghye Cho给出的更好地解决散热或光衰等问题的办法是，采用余量控制的线性平衡技术?金属芯PCB是减少驱动电路所产生热量的良好替代方法，否则，正向电压可能会随着温度而变化。在某些情况下，也可以考虑采用温度补偿电路来减少发热问题。

　　“寿命”的定义随着行业的不同而变化，半导体器件的有用寿命定义为发光水平较其原值衰减50%的时间。对于照明行业，特定灯泡类型的平均寿命则是50%的这类灯泡的寿命点。LED的寿命取决于其封装配置、驱动电流以及工作环境。较高的环境温度会大大缩短LED的寿命。

　　为了减少光衰，在应用电路的设计方面必须提高功率因数和精确连续电流控制。

　　安森美的郑宗前指出，LED照明设计的重要挑战包括管理温度及排热或散热，从而保持LED的工作温度低于它们的结温。实际上，LED从基底发光。LED在产生光的过程中，也会产生热量，且这热量会使LED的结温度升高。由于LED是半导体器件，因此跟任何半导体器件一样，LED工作温度低于其150℃的最大结温度非常重要。更确切地说，建议LED工作温度始终低于100℃;一旦高于100℃，LED的可靠性可能会受到影响。要解决好散热问题，需要提升驱动电源的转换能效和应用更高光效的LED，采用提供强固热故障保护性能的LED驱动芯片和散热性能更好的驱动芯片封装，以及散热性能更好的LED基板等。

　　要延长LED寿命，除了散热问题，还须应对潜在的静电放电(ESD)损伤问题 。在LED模块封装中集成ESD保护是一种适合的解决方案。ESD保护可以应用为LED发射器裸片旁边的额外裸片，或在更紧凑的布局中用作上面粘接LED发射器裸片的次级贴装(submount)，参见图6。

　　普诚萧恩煦称，驱动电源与LED寿命的不匹配，是目前LED灯具寿命降低的一个因素。目前照明上的LED电源仍多采用电解电容，线路较为复杂，外围元件较多，使整体灯具的寿命大打折扣。在LED灯泡的照明领域，未来的驱动方案将以无电解电容、驱动芯片高度集成化为主流。同时，驱动芯片需解决自身以及所控制器件的发热问题，这也是灯具热源不可忽略的一部分。