國(guó)內(nèi)LED通用照明驅(qū)動(dòng)IC之痛
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市場(chǎng)概況 LED 驅(qū)動(dòng)IC 目前市場(chǎng)需求按應(yīng)用來(lái)分基本有三大類: 一是用于消費(fèi)性電子產(chǎn)品的,其應(yīng)用特點(diǎn)是以電池為能源,一般為4.2-8.4V,因此低電壓、小電流的LED 驅(qū)動(dòng)器是目前量大面廣的產(chǎn)品; 二是用于汽車照明產(chǎn)品,因其電源來(lái)自汽車蓄電池,一般是48V,所以需要較高電壓降壓的LED 驅(qū)動(dòng)IC; 三是建筑裝飾照明和家庭照明,則需要將 AC 能直接變換成DC 的LED 驅(qū)動(dòng)IC,主要功能是將交流電壓轉(zhuǎn)換為恒流電源,并同時(shí)完成與LED 的電壓和電流的匹配。因而不同應(yīng)用的LED 驅(qū)動(dòng)IC 是完全不同的。 目前 LED驅(qū)動(dòng)廠商主要以 TI、美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體、安森美半導(dǎo)體等國(guó)際大廠為代表,這些廠商長(zhǎng)期從事 LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)研發(fā),推出了面向消費(fèi)電子、汽車、顯示屏以及照明等多個(gè)不同應(yīng)用領(lǐng)域的專屬 LED驅(qū)動(dòng)器件。而本土的 LED驅(qū)動(dòng)供應(yīng)商,只是在小功率 LED應(yīng)用上有所建樹(shù),在大功率照明應(yīng)用方面,技術(shù)實(shí)力還不夠硬。不過(guò)已經(jīng)有越來(lái)越多的廠商開(kāi)始投入 LED照明驅(qū)動(dòng)的研發(fā)與生產(chǎn)一方面,普通 LED照明市場(chǎng)潛力巨大;另一方面, LED驅(qū)動(dòng)廠商越來(lái)越多,迫使廠商盡快提升技術(shù)實(shí)力以從競(jìng)爭(zhēng)中突圍。 就目前的市場(chǎng)狀況來(lái)看,AC/DC LED驅(qū)動(dòng)在 LED照明應(yīng)用市場(chǎng)中約占 60~70%的份額,尤其是室內(nèi)照明市場(chǎng)。由于AC/DC LED驅(qū)動(dòng)使用方便,因此很適合在替換式 LED照明應(yīng)用中采用,而且從效率上來(lái)看, AC/DC LED驅(qū)動(dòng)會(huì)比 DC/DC LED驅(qū)動(dòng)略有優(yōu)勢(shì)。不過(guò)在 穩(wěn)定性、抗浪涌、安全性等諸多方面,AC/DC LED驅(qū)動(dòng)還存在一定的設(shè)計(jì)難度。 相比用于低壓直流供電系統(tǒng)的DC/DC LED驅(qū)動(dòng), AC/DC LED驅(qū)動(dòng)的市場(chǎng)一般為交流直接驅(qū)動(dòng)的室內(nèi)照明。室內(nèi)照明目前以替換方案為主,燈具的空間小、散熱條件苛刻,而室內(nèi)燈具產(chǎn)品對(duì) EMC的防護(hù)等級(jí)要求較高,因此這對(duì) AC/DC驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō),性能全、集成度高是一大設(shè)計(jì)難題。目前對(duì)于較大功率、小尺寸 LED燈具的 AC/DC LED驅(qū)動(dòng)電源來(lái)說(shuō),EMC、散熱、抗拒爬電是它目前的技術(shù)瓶頸和難點(diǎn)。此外,集成更多功能和精簡(jiǎn)應(yīng)用電路也是驅(qū)動(dòng) IC設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的問(wèn)題。 據(jù)了解,LED通用照明市場(chǎng)至少要到2013年才有起飛機(jī)會(huì),并且必須滿足三個(gè)基本條件:第一,每瓦光通量指標(biāo)要達(dá)到150-180lm,目前量產(chǎn)LED的性能為100lm/W;第二,每一千流明光通量LED照明燈具的市場(chǎng)價(jià)格要在10美元以下,今天的水平是30美元;第三,LED照明燈具市場(chǎng)滲透率要達(dá)到10%,今天滲透率才2%左右。因此,用于LED通用照明市場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)潛力巨大,有必要盡早布局。 目前國(guó)內(nèi)主要AC/DC LED驅(qū)動(dòng)IC的生產(chǎn)企業(yè)有上海晶豐明源半導(dǎo)體有限公司、美芯晟科技有限公司、杭州士蘭微電子股份有限公司、華潤(rùn)矽威科技(上海)有限公司等,而這些企業(yè)的AC/DC LED驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品線分別占有該企業(yè)LED驅(qū)動(dòng)IC產(chǎn)品線50%以上的份額,足見(jiàn)LED通用照明市場(chǎng)令國(guó)內(nèi)芯片制造商垂涎三尺。 AC LED是相對(duì)于傳統(tǒng)的DC LED來(lái)說(shuō),無(wú)須經(jīng)過(guò)AC/DC轉(zhuǎn)換,可直接插電于220V(或110V) 交流電使用的 LED 照明技術(shù)。AC LED光源的技術(shù)關(guān)鍵是LED晶粒在封裝時(shí)的特殊排列組合技術(shù),同時(shí)利用LED PN結(jié)的二極管特性兼作整流,通過(guò)半導(dǎo)體制作工藝將多個(gè)晶粒集成在一個(gè)單芯片上,即高功率單晶粒(single power chip)LED 技術(shù),并采用交錯(cuò)的矩陣式排列工藝組成橋式電路,使AC電流可雙向?qū),?shí)現(xiàn)發(fā)光。晶粒的排列如圖1所示,左圖是AC LED晶粒采用交錯(cuò)的矩陣式排列示意圖,右小圖是實(shí)際AC LED晶粒排列照片,AC LED晶粒在接上交流后通體發(fā)光,因此只需要二根引線導(dǎo)入交流源即能發(fā)光工作。 AC LED光源的工作原理如圖2所示,由LED微晶粒采用交錯(cuò)的矩陣式排列工藝組成5個(gè)橋臂,組成類似一個(gè)整流橋,整流橋的兩端分別聯(lián)接交流源,另兩端聯(lián)接一組LED晶粒,交流的正半周沿實(shí)線流動(dòng),3個(gè)橋臂的LED晶粒發(fā)光,負(fù)半周沿虛線流動(dòng),又有3個(gè)橋臂的LED晶粒發(fā)光,四個(gè)橋臂上的LED晶粒輪番發(fā)光,相對(duì)橋臂上的LED晶粒同時(shí)發(fā)光,中間橋臂的LED晶粒因共用而一直在發(fā)光。 在50Hz(60Hz)的交流中會(huì)以每秒50(60)次的頻率輪替點(diǎn)亮。整流橋取得的直流是脈動(dòng)直流,LED的發(fā)光也是閃動(dòng)的,LED有斷電余輝續(xù)光的特性,余輝可保持幾十微秒,而人眼對(duì)流動(dòng)光點(diǎn)記憶是有惰性的,所以感覺(jué)不到光的閃動(dòng)。LED有一半時(shí)間在工作,所以發(fā)熱得以減少40%~20%。其使用壽命較DC LED長(zhǎng)。 AC LED 體積小,可應(yīng)用于工業(yè)及民用小型指示燈;高壓低電流導(dǎo)通優(yōu)點(diǎn)克服了使用 DC LED 時(shí)線路高損耗造成需依賴電源供應(yīng)器接續(xù)的問(wèn)題;而且雙向?qū)ǎ{(lán)綠光 LED 無(wú)靜電擊穿 ESD 問(wèn)題;使用微晶粒技術(shù)大幅提高發(fā)光效率;由于功率因數(shù)提高與低電流控制,對(duì)于一般照明產(chǎn)業(yè)及 LCD 背光面板產(chǎn)業(yè),更是一項(xiàng)實(shí)用化新技術(shù)。 DC/DC LED驅(qū)動(dòng)在照明領(lǐng)域上的不足 傳統(tǒng)的LED是典型的低壓直流器件,無(wú)法直接在我們?nèi)粘U彰魇褂玫碾娫词歉邏航涣鳎ˋC 100~220V)下使用,必須經(jīng)過(guò)變壓器或開(kāi)關(guān)電源降壓,然后將交流(AC)變換成直流(DC),再變換成直流恒流源,才能供LED光源使用。 因此在LED燈具里必然要有一定的空間來(lái)安置這個(gè)變換器,不利于照明燈具的設(shè)計(jì)和小型化。而且系統(tǒng)經(jīng)過(guò)的變換環(huán)節(jié),能量必然有一定量的損耗,DC LED在交流、直流之間轉(zhuǎn)換時(shí)約15%~30%的電力被損耗,系統(tǒng)效率很難做到90%以上。如果能用交流(AC)直接驅(qū)動(dòng)LED光源發(fā)光,系統(tǒng)應(yīng)用方案將大大簡(jiǎn)化,系統(tǒng)效率將很輕松地達(dá)到90%以上。變換裝置的存在造成了傳統(tǒng)LED照明產(chǎn)品成本較高的重要因素,也成為制約LED光源產(chǎn)品壽命的瓶頸,無(wú)法體現(xiàn)LED長(zhǎng)壽命的特點(diǎn)。 由于傳統(tǒng)DC/DC LED照明技術(shù)的局限性,使得傳統(tǒng)DC/DC LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)未能在通用照明市場(chǎng)普及產(chǎn)業(yè)化。傳統(tǒng)DC/DC LED驅(qū)動(dòng)成本相對(duì)高、體積達(dá)不到通用照明市場(chǎng)的要求,并不適用通用照明市場(chǎng),原因是采用AC技術(shù)可以減少外設(shè)器件的成本,對(duì)于照明燈市場(chǎng)來(lái)說(shuō)具有很強(qiáng)的市場(chǎng)潛力。 混亂的DC/DC 驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng) 經(jīng)過(guò)對(duì)DC/DC 驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)的觀察,價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)進(jìn)入了白熱化,尤其是一些技術(shù)含量比較低,缺少專利的產(chǎn)品,貼牌、假冒的產(chǎn)品在市場(chǎng)上出現(xiàn),由于性能方面的問(wèn)題可能會(huì)在幾年之后才會(huì)出現(xiàn),所以,低價(jià)的貼牌、假冒芯片幾乎沒(méi)有門檻的進(jìn)入LED驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng),形成了目前市場(chǎng)上的混亂。 例如華潤(rùn)矽威的PT4115,該產(chǎn)品擁有較廣泛的應(yīng)用范圍,在LED驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)是一款比較通用的產(chǎn)品。據(jù)與于一些小照明廠的工程師交流了解到,他們可以以0.6元的價(jià)格買到該款產(chǎn)品,但是據(jù)調(diào)查獲悉,華潤(rùn)矽威的PT4115目前價(jià)格在一元左右,0.6元只是一些冒牌、貼牌的產(chǎn)品。 1、目前LED驅(qū)動(dòng)芯片競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈,主導(dǎo)AC/DC LED驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)依然為國(guó)外歐美等地的公司,國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品的更新能力和技術(shù)能力比不上國(guó)外的廠商,例如日前,德州儀器 (TI) 在歐洲照明技術(shù)策略大會(huì)(the Strategies in Light Europe conference)上宣布推出兩款高度集成的相位可調(diào)光AC/DC LED照明驅(qū)動(dòng)器LM3448與TPS92070,其適用于住宅、建筑、商業(yè)以及工業(yè)應(yīng)用的固態(tài)照明,滿足改裝燈泡、LED鎮(zhèn)流器、射燈以及聚光燈等燈具的需求。本土集成電路公司設(shè)計(jì)的DC/DC驅(qū)動(dòng)芯片水平已接近國(guó)外同類水平,并具有很好的性價(jià)比和競(jìng)爭(zhēng)能力,但產(chǎn)品線較窄,抗風(fēng)險(xiǎn)能力較低,并且國(guó)外公司的LED驅(qū)動(dòng)IC在耐壓方面還占有一定的優(yōu)勢(shì)。 2、價(jià)格混亂。由于不斷有集成電路設(shè)計(jì)公司進(jìn)入LED驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng),一些通用的LED驅(qū)動(dòng)芯片不斷被仿冒,造成價(jià)格下跌,市場(chǎng)混亂。同一類型的芯片價(jià)格可分為三檔,第一檔,較高價(jià)格的國(guó)外芯片企業(yè),第二檔,中等價(jià)格的國(guó)內(nèi)正規(guī)生產(chǎn)企業(yè)的價(jià)格,第三檔,低價(jià)格的國(guó)內(nèi)一些假冒、貼牌生產(chǎn)企業(yè),其中第二檔對(duì)第三檔的價(jià)格落差可達(dá)到50%。
市調(diào)研機(jī)構(gòu)iSuppli指出,目前手機(jī)和便攜消費(fèi)電子是中國(guó) LED驅(qū)動(dòng)器的主要應(yīng)用市場(chǎng), 2009年占總體市場(chǎng)的 67%。隨著政府政策的推動(dòng), LED在照明領(lǐng)域的增長(zhǎng)開(kāi)始加速,并有望在 5年內(nèi)超過(guò)LED在手機(jī)和便攜消費(fèi)電子中的應(yīng)用市場(chǎng)。對(duì)于 LED驅(qū)動(dòng)廠商來(lái)說(shuō),照明市場(chǎng)潛力很大,但 LED驅(qū)動(dòng)方面還存在技術(shù)障礙,且國(guó)內(nèi)廠商多是供應(yīng)面向低壓直流應(yīng)用的 DC/DC LED驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品,對(duì)于適合 LED室內(nèi)照明應(yīng)用的 AC/DC LED驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品供應(yīng)還很缺乏。
國(guó)外芯片制造商紛紛搶灘國(guó)內(nèi)AC/DC LED驅(qū)動(dòng)市場(chǎng)
目前性能好的 AC/DC LED驅(qū)動(dòng)廠商還是以美歐日公司為主,如 PI、iWatt、NXP、安森美半導(dǎo)體等,其次是韓國(guó)和臺(tái)灣地區(qū)的公司。而本土的 IC公司還是以替代市場(chǎng)為主業(yè),芯片的創(chuàng)新拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和自由專利都很鮮見(jiàn)。由于室內(nèi)照明對(duì) AC/DC LED驅(qū)動(dòng)的需求很大,擺在設(shè)計(jì)商面前的問(wèn)題是如何突破設(shè)計(jì)瓶頸。
AC/DC LED驅(qū)動(dòng)特性與優(yōu)點(diǎn)
圖2 AC LED光源的工作原理
問(wèn)題總結(jié):
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