由於LED具備低電壓、輕薄、多彩化、長壽命、指向性光源等特性優勢,因此在照明應用的市場也不斷擴張,而為因應眾多照明應用領域在交直電流、高低電壓、以及電池供電的不同需求外,亦要兼顧LED驅動器的效能,須達成精簡、低功率的功能,以真正達成LED於照明應用的理想實現。
在過去幾年,LED技術在一般照明的應用市場已經引起廣大迴響,此市場的需求多樣化,並包含多元的次要應用領域,如建築、招牌、景觀、汽車與交通運輸、便攜式手電筒、零售商店、號誌、街道與公園、以及室內照明等。對一般照明應用來說,LED確實擁有眾多吸引人的有趣特性,包括低電壓、輕巧、色彩豐富、紅、藍、綠光混色設定顏色、高達5萬小時的極長運作壽命、不會產生紅外線、指向性光源、非玻璃或絲線的機械結構非常穩固、不含汞等。
這些特性對於須要持續長時間運作、可使用電力有限、在極度惡劣的情況下更換不易、或有高額停工成本的照明應用上深具吸引力。因此,固態照明在多種日常應用中逐漸取代白熾燈,如汽車停車燈、交通號誌燈、行動電話、以及數位相機的顯示器背光等。
LED發光效率與光通量快步提升
行動電話背光源市場對於白光LED的需求量已相當龐大,事實上,藍光LED電鍍一層黃色磷光體,已帶動如氮化銦鎵(InGaN)等重要材料的科學研究、產能投資以及封裝能力的提升,進而使得LED成本降低,並推動LED發光效率與光通量的提升。
事實上,台灣是目前最大的藍光LED製造基地之一,現在LED以每瓦40~80流明的光度輸出效率產生亮光,大幅超前白熾燈效能,並與日光燈相當。此外,如台商艾笛森光電(Edison Opto)的20瓦新產品「EdiPower」,已可在單一封裝中產生700流明,效能足以媲美50瓦白熾燈。
目前LED已占領行動電話市場,LED製造商無不卯足火力開發新市場,以追求更高的成長幅度。
LED具備實現節能優勢
新技術的採用通常出現在該產品無法滿足市場需求、無成本效益且能提供實質優點,如新功能、降低維護成本、省電等優勢的情況下。有趣的是,針對一般照明,主要的電力消耗不在於住宅的照明應用,而是在商業用途、零售業、政府與服務應用上。這顯示將LED應用到一般照明市場的業者,已能了解固態照明的長期優勢。
在LED交通號誌應用,採用能源之星(Energy Star)計畫已成功省下7~11倍的電力,同時也降低維護成本。事實上,美國的能源部門正在積極帶頭進行能源之星計畫中一項針對如展覽箱 (Display Case)、工作照明與戶外照明等固態照明的應用,預計這項標準將於2007年7月實現。
固態照明解決方案除了須要結合高效率、高亮度LED外,還要具備電源轉換與控制電子的驅動元件、光學元件/鏡頭、溫度管理與封裝等。
電源轉換於固態照明方案重要性倍增
電源轉換發生在不同的電力來源,通常是交流電源,電壓為120伏特、230伏特或277伏特交流電,但也有低電壓12伏特交流對直流(AC-DC)系統與12/24伏特汽車/貨車系統,當然還有以電池供電的應用,如太陽能照明與緊急備用系統等。
安森美半導體在生產電源轉換產品中,擁有各種特殊的製程,如700伏特超高壓積體電路(VHVIC)、雙極先進互補式金屬氧化層半導體(CMOS)與功率雙載子金氧製程(BiCMOS)技術等,都已供應客戶在一般照明、電源轉換器、可攜式與汽車電子市場的產品上。
該公司早在4年多前就進行LED驅動產品的開發,LED的驅動器和一般驅動產品不同,合適的驅動方式是採用定電流,如此便可免除LED正向電壓差異(±30%)所帶來的相關問題,並可輸出最高亮度以克服生產與環境的差異。
在離線式交流領域,安森美半導體利用與電池充電器有著同樣嚴格電流調整要求的行動電話和筆記型電腦用離線式變壓器的專業製造經驗,來設計轉換器與控制器,這些轉換器與控制器,如NCP1014、NCP1027與NCP1216系列(圖1),用於開發隔離式與非隔離式LED照明用電源供應器。
不同功率所需的電源轉換器規格迥異
除了針對25瓦照明應用,功率因數校正還必須符合IEC標準,安森美半導體已開發出如NCP1601等產品;在中等功率直流電領域,5~40伏特以上涵蓋汽車電子與低電壓交流電照明應用,該公司也開發出最佳化的電流源解決方案,如NUD4001,以及可使用在降壓式與升壓式應用的NCP3063,能夠驅動一串高達10個的白光LED。
針對採礦業、自行車與閃光燈等可攜式應用,安森美半導體也開發高效率同步升壓式轉換器,如NCP1422,其可由單一顆鋰離子電池或三分之二一次性鹼性電池推動高達500毫安培的單一高功率LED,而且是在一個相當小型的封裝中。
除了招牌、展覽箱照明以及太陽能與庭園步道燈具採用LED照明之外,還有一些新興的LED應用,包括街燈和大尺寸液晶螢幕背光用冷陰極燈管(CCFL)的替代等。相信相關的LED業者也持續密切注意市場,提供更高效能的電源轉換器產品與LED驅動器,為市場帶來更多樣化的解決方案。