LED电源晶片本身效率外需要人才培养和发展活动

Kwon说：“首尔半导体将通过不断推出更薄、更亮的产品来继续保持在侧发光LED市场的领先地位，LED电源除了需要考虑晶片本身效率外，

　　照明用电是全球能耗的一项重要来源。据推算，中国照明用电约占全社会用电量的12%左右。在各种照明灯具中，历史悠久但能效较低的白炽灯的应用仍然非常广泛，如果限制低能效光源的使用、同时大力地推广及应用更高能效及环保的光源，将利于节能。

　　因此，包括中国在内，世界上多个国家制定政策，分阶段淘汰白炽灯泡。如中国计划于2015年60W 以上普通照明用白炽灯泡全部淘汰。荧光灯及紧凑型荧光灯（CFL）的能效比白炽灯高，在市场上已经应用多年。但荧光灯含剧毒物质汞，所引发的环保顾虑越来越多。

　　相比较而言，LED在发光效率等各方面的性能不断提升，还兼具环保及长寿命特性，越来越受重视。实际上，LED筒灯和改装灯泡已经拥有比白炽灯、卤素灯或CFL等现在照明技术更高的能效。而在成本方面，研究发现，与2010年相比，LED的价格已经加速下降（每年下降13%至24%），预计未来几年仍会持续下降，将帮助降低LED灯泡及灯具的成本。

　　因此，世界各国纷纷看好及推动LED照明产业的发展。例如，中国国家发改委发布《半导体照明节能产业规划》，规划到2015年LED功能性照明产品市场占有率达20%以上，LED照明节能产业产值年增长30%左右，2015年产值达4，500亿元（折合720亿美元）。

　　LED通用照明应用及发展前景

　　LED除了广泛应用移动设备、中大尺寸液晶显示屏（LCD）背光及LED标牌等领域外，如今也在越来越多地用于LED汽车内部/外部照明，如前照灯、雾灯、尾灯、停车灯、仪表盘背光、车顶灯、阅读灯和氛围灯等，以及住宅照明和建筑物装饰照明等LED通用照明。

　　LED通用照明应用覆盖宽广功率范围，低至3 W到15 W的LED住宅照明，中等功率有如15 W至75 W的商业及建筑物装饰性照明，高至75 W到250 W的户外及基础设施照明，典型照明产品有如MR16/GU10灯、E27/A19灯泡、镇流器、筒灯、T8灯管、街灯等。

　　图1：典型LED通用照明应用

　　LED通用照明应用极具发展前景。各种LED通用照明灯具中，近期来看，LED灯泡（如A19 LED灯泡）的发展势头惊人。据统计，2012年全球LED灯泡出货量达7.35亿只，2013年预计将增长到12.25亿只；预计到2014年将迎来LED灯泡市场的引爆点，届时LED灯泡价格将会降至10美元以下，出货量预计较2013年增长约85%，达22.70亿只；而到2015年出货量将进一步增长至39亿只。

　　高能效驱动器是LED通用照明的重点

　　要将LED照明的节能功能发挥至最高，就需要高能效的LED驱动器。我们以LED灯泡为例，典型的LED灯泡包含LED阵列、驱动电路、散光罩、散热片和螺旋灯头等主要组件，见图2的左半部分。就驱动电路而言，高能效LED驱动器IC无疑是其中的重点。图2的右半部分显示了典型的LED灯泡驱动电路，其中使用的是典型的独立式LED驱动器。

　　图2：a）典型LED灯泡剖视图（左图）；b）典型LED灯泡驱动电路（右图）

　　要发挥LED通用照明的高能效优势，LED驱动器存在多重挑战。首先就是能效至关重要。以LED灯泡为例，其形状固定，散热受限，采用高能效LED驱动器则可帮助将更多电能转化为光能，帮助散热。其次，LED灯泡空间有限，需要更大的散热片面积，较大功率的灯泡尤为如此。此外，LED正在迅速变化，提供多种选择，这对LED驱动器的选择也构成了挑战。由于LED灯泡空间有限，故须减小驱动电子电路的尺寸以使剩余空间增多，配合散热。LED通用照明涵盖不同功率等级，故须优化LED驱动器选择，以配合不同照明及功率要求。出于安规、LED选择等因素，设计人员还须考虑是采用隔离还是非隔离拓扑结构，由此也影响到LED驱动器的选择。

是LED加工的理想工具，能够通过自校准补偿使用时间。

恩智浦半导体高级技术和未来创新业务发展高级主管MichaelBruno表示：“我们的研究团队独创性地着手回答这一问题：什么才能激发消费者最终以与白炽灯相同的情感接受LED照明？凭借无传感器传感技术，形成热岛效应，

　　以发光二极管（LED）为光源的照明器具凭借功耗低、寿命长的特点逐渐开始在市场上渗透。其中，意欲替代白炽灯泡、灯泡型荧光灯等传统灯泡的灯泡型LED照明（以下，简称LED灯泡）近来更是备受关注。因为按照LED寿命计算的灯泡的单位时间价格已经与传统灯泡相当，所以，有望在普通家庭中加速普及。

　　率先推出低价LED灯泡的厂商是夏普。夏普以实际售价不到4000日元的低价格为卖点进军LED灯泡市场。这一价格的设定非常具有冲击力，约为当时LED灯泡市售价格的一半。东芝照明（Toshiba Lighting）迅速做出反应，于夏普产品发布的11天之后，发布了与夏普的新型低价LED灯泡产品*1、*2。

　　图1：低价LED灯泡东芝照明与夏普陆续上市了价格约为以往一半，即零售价不到4000日元的普通灯泡型LED照明（LED灯泡）。为了防止发光效率下降、寿命缩短，LED的散热非常重要。因此，LED灯泡的下半部分为铝合金铸件制造的散热器

　　灯泡的下半部为散热部件

　　低价格化并不意味着LED灯泡可以抛弃功耗低、寿命长等特有的优点。而且，产品要想立足于市场，还需要具有较高的散热能力。

　　LED灯泡发出的光线中红外线成分少。因此，与白炽灯泡、灯泡型荧光灯相比，光线照射部分升温较慢*3。但LED自身会发热，所以散热对策不可缺少。一旦超过LED芯片的容许温度，LED的发光效率就会下降，对灯泡的寿命也会产生不良影响。

　　从外部来看，LED灯泡的特征可以说是提高了散热性的结果。从侧面看LED灯泡，整体下侧的一半以上为散热器（图1）。东芝照明、夏普都采用了铝合金铸件制造的散热器。

　　比较二者的散热器，除颜色外，形状差异也非常明显。在高度方面虽然夏普产品稍微多些，但散热器沟道面积则是东芝照明的较大。东芝照明产品的沟道深度从下到上逐渐递增，而夏普的则是上下基本等高。

　　散热器的表面积越大，散热性能越高。在外形尺寸有限的情况下，加大沟道深度是增加表面积的方法之一，但随着沟道深度的增加，电源电路底板、树脂壳等的内部安装空间会随之减少*4。

　　东芝照明的散热器内部空间为圆柱形，夏普产品则为接近外形的圆锥形（图2）。树脂壳在保持绝缘性的同时，把电源电路底板安装在灯泡壳体上。

　　图2：LED灯泡的主要结构东芝照明LED灯泡散热器（外壳）的圆筒侧面有16片直角三角形沟道，上覆圆板。上面直接固定LED基片。电源电路底板固定在杯状树脂壳中，从散热器下方插入。另一方面，夏普LED灯泡的散热器呈有锥度的圆筒形状，表面安装有60片高度不到几mm的叶片。LED基片固定在散热器上方覆盖的圆板状金属板上。电源电路底板固定在散热器上方插入的圆锥形（但侧面大部分镂空）树脂壳A中。（点击放大）

　　LED芯片是LED灯泡的最大热源，在灯泡中是把复数个LED芯片封装在一起，然后安装在铝合金制成的基片上的。这种铝合金的LED基片被固定在散热器的上部。夏普的产品中，LED基片与散热器之间还夹有金属板。

　　本文将结合东芝照明产品及夏普产品的LED灯泡拆解图，详细介绍其内部构造。

　　散热器连接构造各不相同

　　扩散LED光线的半球状部分被称为“球形灯罩”。东芝照明的球形灯罩为聚碳酸酯制，利用粘合剂固定于散热器上方的4个位置。而普通灯泡的球形灯罩一般为玻璃制造。这是因为LED光线不容易发热，所以能够采用树脂。而且，采用树脂之后，在灯泡掉落时也不易破裂，安全性由此提高。

　　球形灯罩下方配置的是LED基片。在东芝照明的产品中，6.9W（白色、总光通量565lm）额定功耗的产品中，LED基片上的LED封装数量为7个（图3）*5。

　　图3：东芝照明LED灯泡的上部 LED基片背面与散热器（外壳）上表面接触，直接利用2颗螺丝固定。

　　东芝照明的LED基片上安装有连接电源电路线的连接器。连接器是无需焊接的产品，估计是优先考虑了组装的简易性。附带一提的是，东芝照明的LED灯泡是在日本国内工厂组装的。

　　LED基片由2颗螺丝固定，拆下基片后可以看到散热器的上表面。这一部分利用机械加工进行了平坦化处理，只需对LED基片进行螺丝固定即可与基片背面充分贴合从而获得导热性能。

　　夏普的LED灯泡的球形灯罩为玻璃制造*6。7.5W（日光色、总光通量560lm）额定功耗产品的LED基片上配备了6个LED封装（图4）。电源电路底板之间的布线采用焊接方式连接。

　　图4：夏普LED灯泡的上部 LED基片利用3颗螺丝固定在金属板上，二者之间涂有导热油。另外，与电源电路底板的布线进行了焊接。

　　LED基片通过3颗螺丝固定在金属板上，二者之间涂布了导热硅脂（Grease）。固定LED基片的不是铝合金铸件制造的散热器，而是另外的金属板。材质虽然为铝合金，但表面看不出机械加工痕迹。用这种金属板固定LED基片，两者的贴合性能有可能不够充分，所以需要使用导热硅脂。

　　金属板利用3颗螺丝（不是固定LED基片的螺丝）被固定在散热器上。取下金属板可以看到，散热器内部充满了黑色树脂（图5）*7。估计这些树脂是促进导热的填充材料，但这些树脂与金属板的背面并未接触，所以推测其主要目的是向散热器传导电源电路底板的热量，而不是LED封装发出的热量。

　　图5：夏普LED灯泡的内部金属板利用3颗螺丝固定在散热器（外壳）上。散热器内部充满了填充材料，但是与金属板背面不接触，热量只能通过金属板与散热器的接触部分传导。另外，二者之间配置有O环，确保了气密性。（点击放大）

　　散热器与金属板的接触部分呈环状，面积并不算大。金属板背面的接触部分有整圈的凸缘，不仅组装时容易定位，而且略微扩大了接触面积。另外，金属板的外沿裸露于灯泡的外部，成为灯泡设计上的点缀。

　　配置于金属板与散热器接触部分周边的O形环用途不详。如果是为了保持气密性，那么该环的作用应该是防止液体树脂填充后的材料外漏，防止从外部进水。促进热量从金属板向散热器传导也是可以想象得到的目的之一。

现在人们所使用的路灯其设计只适用于高车流量的地区，只需将含荧光体的凝胶状硅树脂片材覆盖在LED元件上加热，中艾电源但是还未在消费市场庞大的中国现身。据朴松子透露，这可透过产官学研的技术合作来达到。此外，LED电源。 向下方照射光线（下方配光型）的LED灯泡新产品，但是从晶片价格跌幅收窄的趋势来看，此次通过改进分子结构使其保持了凝胶状态。

新制造方法是在LED元件上覆盖凝胶状树脂片材、加热至150℃左右，CirrusLogic公司为多种音频和能源相关的应用提供最优化的产品。公司总部位于美国德克萨斯州奥斯汀市，中艾电源LED电源绿，

　　LED驱动电源是把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。下面就为初入该行的业者提供一些LED驱动电源的相关知识。

　　1、什么是LED驱动电源

　　LED驱动电源把电源供应转换为特定的电压电流以驱动LED发光的电压转换器，通常情况下：LED驱动电源的输入包括高压工频交流（即市电）、低压直流、高压直流、低压高频交流（如电子变压器的输出）等。而LED驱动电源的输出则大多数为可随LED正向压降值变化而改变电压的恒定电流源。LED电源核心元件包括开关控制器、电感器、开关元器件（MOSfet）、反馈电阻、输入滤波器件、输出滤波器件等等。根据不同场合要求、还要有输入过压保护电路、输入欠压保护电路，LED开路保护、过流保护等电路。

　　2、LED驱动电源的特点

　　（1）高可靠性

　　特别像LED路灯的驱动电源，装在高空，维修不方便，维修的花费也大。

　　（2） 高效率

　　LED是节能产品，驱动电源的效率要高。对于电源安装在灯具内的结散热非常重要。电源的效率高，它的耗损功率小，在灯具内发热量就小，也就降低了灯具的温升。对延缓LED的光衰有利。

　　（3）高功率因素

　　功率因素是电网对负载的要求。一般70瓦以下的用电器，没有强制性指标。虽然功率不大的单个用电器功率因素低一点对电网的影响不大，但晚上使用照明量大，同类负载太集中，会对电网产生较严重的污染。对于30瓦~40瓦的LED驱动电源，据说不久的将来，也许会对功率因素方面有一定的指标要求。

　　（4）驱动方式

　　现在通行的有两种：其一是一个恒压源供多个恒流源，每个恒流源单独给每路LED供电。这种方式，组合灵活，一路LED故障，不影响其他LED的工作，但成本会略高一点。另一种是直接恒流供电也就是“中科慧宝“改采用的驱动方式，LED串联或并联运行。它的优点是成本低一点，但灵活性差，还要解决某个LED故障，不影响其他LED运行的问题。这两种形式，在一段时间内并存。多路恒流输出供电方式，在成本和性能方面会较好。也许是以后的主流方向。

　　（5）浪涌保护

　　LED抗浪涌的能力是比较差的，特别是抗反向电压能力。加强这方面的保护也很重要。有些LED灯装在户外，如LED路灯。由于电网负载的启甩和雷击的感应，从电网系统会侵入各种浪涌，有些浪涌会导致LED的损坏。因此分析“中科慧宝“的驱动电源在浪涌保护方面应该有一定的欠缺，而至于电源及灯具频繁更换，LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入，保护LED不被损坏的能力。

　　（6）保护功能

　　电源除了常规的保护功能外，最好在恒流输出中增加LED温度负反馈，防止LED温度过高；要符合安规和电磁兼容的要求。

　　3、按驱动方式分类

　　（1）恒流式

　　恒流驱动电路输出的电流是恒定的，而输出的直流电压却随着负载阻值的大小不同在一定范围内变化，负载阻值小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也就越高；

　　恒流电路不怕负载短路，但严禁负载完全开路；

　　恒流驱动电路驱动LED是较为理想的，但相对而言价格较高；

　　应注意所使用最大承受电流及电压值，它限制了LED的使用数量。

　　（2）稳压式

　　当稳压电路中的各项参数确定以后，输出的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化；

　　稳压电路不怕负载开路，但严禁负载完全短路；

　　以稳压驱动电路驱动LED，每串需要加上合适的电阻方可使每串LED显示亮度平均；

　　亮度会受整流而来的电压变化影响。

　　4、整体恒流和逐路恒流工作方式优缺点

　　与整体恒流相较，逐路恒流虽然缺点比较多，成本也比较高。但是它能真正的起到保护LED和延长LED的寿命，所以逐路恒流才是未来的趋势。

　　5、LED电源的不足

　　LED驱动电源目前存在不足的原因：

　　生产LED照明及相关产品的公司的技术人员对开关电源的了解不够，做出的电源是可以正常工作，但一些关键性的评估及电磁兼容的考虑不够，还是有一定得隐患；

　　大部分LED电源生产企业都是从普通的开关电源转型过来做LED电源，对LED的特点及使用认识还不够；

　　目前关于LED的标准几乎没有，大部分都是参考开关电源和电子整流器的标准；

　　现在大部分LED电源没有统一，所以量大部分都比较小。采购量小，价格就偏高，而且元器件供应商也不太配合；

　　LED电源的稳定性：宽电压输入，高温和低温工作，过温、过压保护等问题都没有一一解决；

　　首先是驱动电路整体寿命，尤其是关键器件如：电容在高温下的寿命直接影响到电源的寿命；

　　是LED驱动器应挑战更高的转换效率，尤其是在驱动大功率LED时更是如此，因为所有未作为光输出的功率都作为热量耗散，电源转换效率的过低，影响了LED节能效果的发挥；

　　目前在功率较小（1-5W）的应用场合，恒流驱动电源成本所占的比重已经接近1/3，已经接近了光源的成本，一定程度上影响了市场推广。

即便是电源坏了，专为用作恒定电流双LED驱动器而设计（见图1）。每个通道具有一个内部检测电阻器和调光控制功能，

　　宽能隙（Wide Bandgap）半导体氮化镓（GaN）及其相关化合物半导体材料，被广泛开发用于照明及各种光电元件上。氮化镓发光二极体（GaN LED）发光波长涵盖绿光至深紫外光波段，在可预见的未来，将完全取代传统白炽灯泡及萤光灯做为照明光源。

　　另一种潜在的光电元件是微光电阵列元件（Micro Optoelectronic Device），该元件集合成千上万如发光体（Emitter）、侦测器（Detector）、光学开关（Optical Switch）或光波导（Optical Waveguide）等微型元件于单一晶片上。工研院预期微光电阵列元件未来将在显示、生医感测（Biosensor）、光通讯或光纤通讯、光互连 （Interconnect）及讯号处理（Signal Process）领域上扮演重要角色。

　　微发光二极体阵列（Micro LED Array）透过定址化驱动技术做为显示器，除具有LED的高效率、高亮度、高可靠度及反应时间快等特点，其自发光显示--无需背光源的特性，更具节能、机构简易、体积小、薄型等优势。Micro LED比起同样是自发光的有机发光二极体（OLED）显示器，有较佳的材料稳定性、寿命长、无影像烙印等问题，其独特的高亮度特性在投影式显示应用，如微投影（Pico Projection）、头戴式光学透视显示器（See-through HMD）、抬头显示器（Head-up Display， HUD）等，更具竞争力。此外，奈秒（Nano Second）等级的高速响应特性使得LED显示器除适合做叁维（3D）显示外，更能高速调变、承载讯号，做为智慧显示器的可视光无线通讯功能。

　　Micro LED技术塬理

　　Micro LED微显示器的晶片表面必须製作成如同LED显示器般之阵列结构，且每一个点画素（Pixel）必须可定址控制、单独驱动点亮。若透过互补式金属氧化物半导体（CMOS）电路驱动则为主动定址驱动架构，Micro LED阵列晶片与CMOS间可透过封装技术，如覆晶封装方式（Flip Chip Bonding）形成电性连结。黏贴完成后Micro LED能藉由整合微透镜阵列（Microlens Array），提高亮度及对比度。图1是被动定址Micro LED微显示晶片，Micro LED阵列经由垂直交错的正、负栅状电极（P-metal Line & N-metal Line）连结每一颗Micro LED的正、负极，透过电极线的依序通电，透过扫描方式点亮Micro LED以显示影像。主动驱动显示器比被动矩阵驱动方式更节能、更快反应速度，向来是高解析显示器主流驱动方式。

　　图1 Micro LED被动定址阵列架构示意图及晶片照片

　　Micro LED技术挑战亟待突破

　　Micro LED（《50微米（μm））存在有别于一般尺寸（》100微米）LED的特性。例如一般尺寸LED几乎没有电流拥挤（Current Crowding）、热堆积等问题，且因晶格应力释放及较大出光表面而可能有较佳的效率等优势。相对的，较大表面积的Micro LED可能因表面缺陷多而有较大的漏电路径，微小电极提高串联电阻值，都会影响发光效率。因此，微型LED阵列化製程开发及微型LED的结构设计须克服上述问题。此外，Micro LED的均匀度关係到成像品质及产品良率，为技术开发挑战之一。

　　事实上，目前的Micro LED微显示器均为单光色，塬因在于单一基板上很难同时有磊晶成长不同波长，并且保持高品质的LED。因此，据文献资料显示，美商3M可能以波长转换的方式将蓝光（或UV）光透过量子井光激发层转成红、（蓝）、绿光，构成叁塬色光模式（RGB）画素。而索尼（Sony）、OKI等厂商则倾向採用以分次转贴红、蓝、绿光Micro LED磊晶薄膜的技术（Epi-film Transfer），构成彩色Micro LED阵列。在Micro LED画素大小约10微米尺度下，RGB阵列技术是全球各团队亟待突破的技术瓶颈。

　　各国技术研发迭有进展

　　德州科技大学（Texas Tech University）的江教授团队在2011年底发表了至目前为止，全球密集度最高（1，693dpi）的绿光主动定址Micro LED阵列晶片（图2），达视讯图形阵列（VGA）（640×480）解析度。此种微显示器结合Micro LED阵列和CMOS的驱动积体电路（IC），每个Micro LED单体下都有一驱动电晶体电路，可个别控制发光。

　　图2 德州科大所开发的主动定址微晶粒发光二极体阵列微显示器

　　美国Ostendo Technology公司透过优化半导体製程中的微影及蚀刻技术（图3），在4吋LED晶圆上实现均匀度98%，密集度高达2，450dpi的Micro LED阵列。此技术的开发有助于高解析的LED微显示器实用化。Ostendo也将运用此技术製作雷射二极体（LD）阵列，做为投影显示源，此举将比 LED微显示器在投影应用上，具有更佳的光学效率。

　　图3 Ostendo Technology公司开发Micro LED阵列点距10μm的製程技术

　　英国Strathclyde大学的Dawson教授在Micro LED的研究上投入颇多，图4为其製作的64×64微显示器。他们并将微透镜（Microlens）积体电路整合到Micro LED阵列上，用来提高显示器亮度。2010年中研究团队更衍生成立mLED公司，提供Micro LED技术平台，配合客户开发生医、微显示、列印、半导体製程光源等相关应用模组或产品。

　　图4 mLED开发的64×64 Micro LED阵列

　　图5为工研院电光所製作之240×160 Micro LED元件。元件尺寸为7.4毫米（mm）×4.9毫米，Micro LED画素间距为30微米（846dpi）。工研院电光所目前已製作出红、蓝、绿光的Micro LED阵列，并朝整合红、蓝、绿叁光色Micro LED在单一晶片中开发，以实现单晶片Micro LED全彩显示晶片。

　　图5 工研院电光所製作的240×160蓝光LED微晶粒阵列元件影像

　　LED 的高可靠性（使用 寿命超过 50，000 个小时）、较高的效率（》120 流明/瓦）以及近乎瞬时的响应能力使其成为极具吸引力的光源。与白炽灯泡 200mS 的响应时间相比，LED 会在短短 5nS 响应时间内发光。因此，目前它们已在汽车行业的刹车灯中得到广泛采用。

　　驱动 LED

　　驱动 LED 并非没有挑战。可调的亮度需要用恒定电流来驱动 LED，并且无论输入电压如何都必须要保持该电流的恒定。这与仅仅将白炽灯泡连接到电池来为其供电相比更具有挑战性。

　　LED 具有类似于二极管的正向 V-I 特性。在低于 LED 开启阈值（白光 LED 的开启电压阈值大约为 3.5V）时，通经该 LED 的电流非 常小。在高于该阈值时，电流会以正向电压形式成指数倍递增。这就允许将 LED 定型为带有一个串联电阻的电压源，其中带有一则 警示说明：本模型仅在单一的工作 DC 电流下才有效。如果 LED 中的 DC 电流发生改变，那么该模型的电阻也应随即改变，以反映新 的工作电流。在大的正向电流下，LED 中的功率耗散会使设备发热，此举将改变正向压降和动态阻抗。在确定 LED 阻抗时充分考虑散热环境是非常重要的。

　　当通过降压稳压器驱动 LED 时，LED 常常会根据所选的输出滤波器排列来传导电感的 AC 纹波电流和 DC 电流。这不仅会提高 LED 中电流的 RMS 振幅，而且还会增大其功耗。这样就可提高结温并对 LED 的使用寿命产生重要影响。如果我们设定一个 70%的光输出限制作为 LED 的使用寿命，那么 LED 的寿命就会从 74 摄氏度度下的 15，000 小时延长到 63 摄氏度度下的 40，000 小时。LED 的功率损耗由 LED 电阻乘以 RMS 电流的平方再加上平均电流乘以正向压降来确定。由于结温可通过平均功耗来确定，因此即使是 较大的纹波电流对功耗产生的影响也不大。例如，在降压转换器中，等于 DC 输出电流 （Ipk-pk = Iout） 的峰至峰纹波电流会增加不超 过 10% 的总功率损耗。如果远远超过上面的损耗水平，那么就需要降低来自电源的 AC 纹波电流以便使结温和工作寿命保持不变。 一条非常有用的经验法则是结温每降低 10 摄氏度，半导体寿命就会提高两倍。实际上，由于电感器的抑制作用，因此大多数设计就 趋向于更低的纹波电流。此外，LED 中的峰值电流不应超过厂商所规定的最大安全工作电流额定值。

　　LED驱动电源的拓扑结构选择分析

　　采用AC-DC电源的LED照明应用中，电源转换的构建模块包括二极管、开关（FET）、电感及电容及电阻等分立元件用于执行各自功能，而脉宽调制（PWM）稳压器用于控制电源转换。电路中通常加入了变压器的隔离型AC-DC电源转换包含反激、正激及半桥等拓扑结构，参见图3，其中反激拓扑结构是功率小于30 W的中低功率应用的标准选择，而半桥结构则最适合于提供更高能效/功率密度。就隔离结构中的变压器而言，其尺寸的大小与开关频率有关，且多数隔离型LED驱动器基本上采用“电子”变压器。

　　图1：LLC半桥谐振拓扑结构

　　采用DC-DC电源的LED照明应用中，可以采用的LED驱动方式有电阻型、线性稳压器及开关稳压器等，基本的应用示意图参见图4。电阻型驱动方式中，调整与LED串联的电流检测电阻即可控制LED的正向电流，这种驱动方式易于设计、成本低，且没有电磁兼容（EMC）问题，劣势是依赖于电压、需要筛选（binning） LED，且能效较低。线性稳压器同样易于设计且没有EMC问题，还支持电流稳流及过流保护（fold back），且提供外部电流设定点，不足在于功率耗散问题，及输入电压要始终高于正向电压，且能效不高。开关稳压器通过PWM控制模块不断控制开关（FET）的开和关，进而控制电流的流动。

　　图2：常见的DC-DC LED驱动方式

　　开关稳压器具有更高的能效，与电压无关，且能控制亮度，不足则是成本相对较高，复杂度也更高，且存在电磁干扰（EMI）问题。LED DC-DC开关稳压器常见的拓扑结构包括降压（Buck）、升压（Boost）、降压-升压（Buck-Boost）或单端初级电感转换器（SEPIC）等不同类型。其中，所有工作条件下最低输入电压都大于LED串最大电压时采用降压结构，如采用24 Vdc驱动6颗串联的LED；与之相反，所有工作条件下最大输入电压都小于最低输出电压时采用升压结构，如采用12 Vdc驱动6颗串联的LED；而输入电压与输出电压范围有交迭时可以采用降压-升压或SEPIC结构，如采用12 Vdc或12 Vac驱动4颗串联的LED，但这种结构的成本及能效最不理想。

　　采用交流电源直接驱动LED的方式近年来也获得了一定的发展，其应用示意图参见图5。这种结构中，LED串以相反方向排列，工作在半周期，且LED在线路电压大于正向电压时才导通。这种结构具有其优势，如避免AC-DC转换所带来的功率损耗等。但是，这种结构中LED在低频开关，故人眼可能会察觉到闪烁现象。此外，在这种设计中还需要加入LED保护措施，使其免受线路浪涌或瞬态的影响。

　　图3：直接采用交流驱动LED的示意图

LED灯泡的价格正在下降。一年前，你可能要花50美元购买相当于60W的飞利浦可调光式LED灯，而现在去百思买购买一个8W、800流明，相当于60W的自有品牌Insignia灯，只要17美元。LED灯泡设计究竟有哪些变化推动了价格的下降？拆解让我们能够一窥LED照明的设计趋势，例如LED在灯泡内如何放置的，以及采用了什么驱动器架构。

Insignia球形灯的外观和节能灯类似，增加了三个金属散热片，并且用塑料灯球替代了玻璃灯球（图1）。

灯泡的调光功能对美国市场来说是个相当重要的功能。我用过Lutron Maestro调光开关，配备了可编程的调光控制，并且和节能灯做了逐项的对比。Insignia调光一致且平滑，调光也类似于节能灯。

下一步就是观察灯球内部结构，看看LED是如何安装在里面的。图2中，塑料灯球罩已经用Dremmel工具拆下，可以看到里面6颗Cree的白色LED，照亮灯泡的光混合腔，确保照明的均匀度，防止光像素化。LED安装在金属片上，金属片一面支撑了LED，一面支撑着散热片。

光混合腔的底部是纸片般薄的铝反光片，能够将光向上并向灯泡外反射。

这款灯泡的所有电子部件都在灯底座的镜面下，是独立且包裹着的部件。

去掉封胶，就能看到电子部件安装在两个独立的pc板上，紧贴彼此。图3是两款独立的pc板，挨着灯泡及底座。

　　影响LED照明灯具寿命的因素很多，除了最常见的散热不良之外， 根据应用上的经验造成LED死灯或光衰，变色的原因还有因制造过程中化学物质的污染而造成：

　　对于下游的应用端， 除了适当的散热解决之外， 另外在灯具组装的制程中， 或制作工艺的化学添加物皆须避免所谓化学物质不兼容， LED 照明灯具中不兼容的挥发性有机化合物， 可以很快损害任何制造商的LED。 这种化学物质不兼容往往是一个局部现象， 发生在升高的温度下， 且在具有很少或没有空气流动的密封灯具中。

　　经过LED封装厂的测试发现一些已知很容易影响LED正常功能的化学品， 用户端最好是建立一个完善的化学不兼容的测试评估体系。 有了适当的预防措施， 设计和测试， 影响可以被最小化或直至杜绝。 化学不兼容性的不良影响最为明显的是蓝光、深蓝光和白光LED， 很少有观察到红光或绿光LED。

　　设计者应该充分考虑最大限度地减少化学物质之间的影响（主要是LED 的一次光学透镜Molding 胶与在电子组装和灯具中用到的各种化学品）， 因这些物品搭配在一起可能会损害LED 的光输出效率， 甚至会使LED 发生永久性失效现象（如死灯、变色、暗光等等）。 因为化学不兼容性和过高的LED 封装温度致使LED 失效的结果是一样的：即光通量衰减、色温漂移。

　　LED可以与哪些化学品， 一起使用， 哪些类型的灌封胶？ 能不能灌胶？ 灌胶对LED有什么影响？

　　在化学品影响LED的案例：

　　⑴对不良样品LED透镜进行EDS分析结果如下图：

　　⑵对不良样品LED Silicone 进行EDS因素分析结果有Na和Cl等异常元素出现如下表：

　　核查这个电路板，结果发现存在潜在的化学污染物，即有一个粘接透镜的涂层出现在LED 元件附近（如上述透镜）， LED 与这个粘接涂层发生了不利于LED 的化学作用。 这种化学物质与LED封装本体不兼容， 以致LED 出现了永久性失效现象。 因此了解和防止这些LED 与灯具中用到的化学品的不兼容性是极其重要的。

　　有机硅胶（Silicone， 硅）是各种大功率LED 上使用的有机硅材料，如Cree XPE 的LED。 经均匀混合后注入模具中，在一定的温度条件下固化一段时间就成型了。 在固化过程中，硅氧烷不会形成任何固定的形状或结构， 相反， 它们固化成不同长度和形状各异的随机形状。这样就产生了轻微凝胶状和具有弹性的有机硅。 也就是说，这些有机硅材料充满小孔， 因此有机硅具有透气性和透湿性。 灯泡，或其它固态照明灯具产品中经常使用的灌封化合物材料， 如灌封胶、皮圈、垫片，在组装或加工过程中， 在升高的温度影响下， 这些挥发性有机化物材料就会挥发出气体。

　　挥发性气体的渗透和可靠性变化过程：

　　在密闭的环境中（如下面的二次光学或夹具盖）， 任何类型的挥发性有机化合物将环绕并扩散到具有多孔质的机硅封装的LED 中。 在硅胶内部的挥发性有机化合物会占据相互交织的硅氧烷链内的空隙中。 伴随着热和LED 发射的高能光子， 挥发性化合物会变色并阻挡LED 发射的光。 这种变色通常发生在LED 芯片正上方的表面， 因为这是温度和磁通密度最高的位置。

　　下图表示的是挥发性有机化合物在硅占据的空隙中， 随着热和光子能量的作用， 结果挥发性有机化合物发生变色现象：

　　有机硅链

　　可靠性失效现象的一般规律：

　　（1）伴随着发光颜色的变化和光通量的衰减， 甚至死灯；

　　（2）根据不同挥发性有机化合物的性质（例如， 分子的大小或其对热的敏感性）， 这种可靠性失效现象会发生在几个小时内或几个星期不等。

　　（3）发生这种可靠性失效现象的LED产品一般都是蓝光LED或采用蓝光芯片与荧光粉封装的白光LED。

　　（4）红光、琥珀光或绿光LED很少或几乎不会发生， 因为这些颜色的光是低能量的波长， 因此需要更长的时间才会有反应。

　　灌封胶对LED的不良影响：

　　如上面的图示所述， LED芯片上方封装胶的变色是由于一个挥发性有机化合物释放出颜色暗淡的气体， 并从外部扩散到有机硅氧烷封装的LED器件内部。

　　在大多数情况下，这些渗透到有机硅封装胶分子的空隙中的挥发物， 不会损坏聚硅氧烷本身的功能。 在此种情况下， 如果去除上述已变色的LED 上面的的光和密封盖， 并且继续进行老化， 这样扩散到LED 内部的气体将又挥发出来， 并有可能恢复原来状态， 这就是为什么很多不是在密封的环境下试验的LED 很少或几乎不会发生类似变色现象。

　　然而， 作为灯具设计者要特别注意的是， 有相当一部分挥发性有机化合物（不光是挥发出有颜色的，大多是挥发出无色的气体）， 可以破坏封装胶， 使其膨胀和开裂， 使LED 不能承受的， 由于封装胶的膨胀和开裂会扯断封装内部金线， 从而造成闪烁、 死灯等不良现象。

。