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LED驱动器与功率芯片开展现状及未来走势

来源:http://www.sdsyue.com 责任编辑:觊时娱乐共羸欢乐 更新日期:2018-08-05 17:41

  LED驱动器与功率芯片开展现状及未来走势

   据赛迪参谋半导体工业研究中心咨询师张晓康介绍,在我国乃至全球绿色低碳经济浪潮的推进下,在led下流运用工业蓬勃开展的带动下,我国LED驱动芯片商场即便在经济危机中,仍完成了安稳高速的添加。2010年,我国LED驱动芯片商场总规划到达13.4亿元,同比添加35.5%。2007-2010年,我国LED驱动芯片商场年均契合添加率到达30.1%,在经济危机中完成逆市高速添加,成为我国集成电路(IC)商场中添加最快的细分范畴。

  为何LED驱动芯片受金融海啸的影响不大?由于LED的规划、制作、封装与测验均归于IC工业链各环节中的一部分,但LED驱动芯片的商场运用却与LED工业下流的显现屏照明背光源等运用是同步的。身在IC工业中,手伸进LED商场里,是LED驱动芯片职业最大的特色,这也确保了LED驱动芯片职业在金融危机中,遭到LED商场的带动,仍能坚持高速添加,相关于其他IC细分范畴,遭到的冲击很小。

  

LED驱动

  

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  我国LED显现屏工业较为老练,工业规划最大,LED用量最多(图2)。尽管LED显现屏单颗驱动芯片价格较低,但配套LED驱动芯片的运用量很大,使得我国LED显现屏驱动芯片的商场规划到达6.8亿,占有一半左右的商场分额,位列榜首。2010年,笔记本电脑、通讯终端与消费电子工业的快速复苏,对LED背光的需求量大增,加上大尺度LCD电视LED背光商场发动并快速添加,高端LED背光驱动芯片的运用量也在大幅添加,使得2010年我国LED背光源驱动芯片的商场规划到达3.2亿,约占1/4的商场份额。照明用LED驱动芯片的商场份额位列第三。

  

LED驱动

  

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  而来自IHS iSuppli的数据与赛迪有所不同。图3显现了LED驱动器职业收入的添加情况,可见每年的添加是10%以上,添加可观。2010年添加率特别高。

  图4按运用划分了一下往后几年的走势,可见大街照明是在整个LED运用里比较广泛的。别的,AC/DC LED显现屏的运用在整个LED商场里占的比重较大。

  关于我国LED显现照明的数据(图5),首要针对的是LED灯的芯片商场来看。那么,为何2013年后该商场可能会有一个全体的阑珊?IHS iSuppli高档分析师顾文军解说道:“价格战肯定会进行,所以尽管全体商场在添加,可是ASP(均匀价格)会下降得很厉害。”

  

LED驱动

  不同运用范畴LED驱动芯片的企业情况

  据赛迪张晓康介绍,不同LED下流运用对所运用的LED驱动芯片的功用要求是不相同的。现在,在LED显现驱动范畴,单双色显现屏驱动芯片商场与技能比较老练,商场集中度很高,本乡企业商场竞争力较强,深圳明微电子的商场占有率较高,此外恩智浦(NXP)也具有较大的商场分额,绝大部分商场份额被这两家企业占有。

  LED全彩显现屏对驱动芯片的牢靠性、输出电流的安稳性等目标要求更高,台湾聚积科技实力最强,最近几年,明微电子的全彩驱动产品功用安稳,性价比较高,商场份额逐步添加,位列第二。除此之外,美国德州仪器(TI)、日本东芝(TOSHIBA)、台湾点晶科技等企业在LED显现屏驱动芯片范畴开展较早,专利与品牌优势依然存在,部分客户在坚持运用它们的驱动芯片,占有必定的商场份额。

  现在,液晶面板LED背光源驱动芯片商场首要由日韩企业主导,像三星、LG等。在LED照明驱动芯片范畴,LED照明运用逐步趋向多元化,景象照明、路灯、轿车车灯、特种照明、便携式照明等范畴已具有恰当的商场规划,通用照明范畴技能与产品逐步老练,商场将逐步发动,那LED驱动IC厂商也有必要依据不同的产品进行规划。

  在修建及商业照明范畴,NXP、安华高科(Avago)、聚积科技(MBI)等厂商的技能较为杰出,产品功用各具特色。在环境、工业与通用照明范畴,美国国家半导体(NS)、TI实力比较强。由于LED轿车车灯对驱动IC的牢靠性、输入电压、散热办理等功用有特别的要求,NS在此范畴技能较为老练,商场占有率较高。在路灯范畴,Power Integrations(PI)公司的驱动芯片运用量较大。凌力尔特(Linear)则在便携式LED照明驱动芯片范畴具有较高的商场竞争力。除此之外,英飞凌(Infineon)、飞兆半导体(Fairchild)、Oiodes在LED照明驱动范畴也具有必定的商场分额。

  现在,LED照明驱动IC商场首要由欧美和我国台湾厂商主导,本乡规划企业介入较晚,美芯晟、明微电子等本乡IC规划企业已推出比较老练的产品,并占有必定的商场分额。

  Maxim体系和电源办理作业部事务司理Piero Bianco以为,一般来说,要为LED供给安稳的供电(输入电压发作改变时,电流简直不会发作改变)。此外,驱动器可以吸收尖峰电压,坚持LED电压的安稳,然后维护LED不受输入电压尖峰的影响;若没有驱动器,由于要接受一切电源电压上的峰值,因而,LED的牢靠性一般就比较低。运用驱动器的第三个原因是,三端双向可控硅开关调光器的调光才干——选用恰当的驱动器可以使LED灯变得可调。终究的主意是,关于120V或230V输入运用而言,没有驱动器,灯就有必要使许多LED串联在一起(每个LED上的电压降约为3V);尽管关于某些类型的灯来说,多个LED串联在一起是可行的,但一般来说,由于光学方面的原因,灯质杰出的定向灯有必要很少有高功率的LED。

  关于LED照明用芯片,假如细化,可以把它们分为驱动器IC和功率IC两类。IMS Research公司LED商场调查司理Jamie Fox专门担任驱动器IC,他以为LED的趋势是更高功率、更小尺度、更多在照明上的运用。由于驱动器IC要驱动电子设备,寿数和功率可能会遭到必定影响,可是运用驱动器仍是有净收益的。未来,LED裸片(die)将变得愈加高效。为了处理LED光衰,LED可运行在恰当的电流上,并运用杰出质量的产品。

  Fairchild半导体韩国功率改换部分副总裁Donghye Cho称,LED技能包含选用外延(Epi)成长Al2O3蓝宝石晶圆制成的LED芯片、封装技能和驱动模块体系。高亮度LED的面市已有六年时刻。大体上,自2002年以来,LED的发光效率已从30lm/W 进步到100lm/W。

  

LED驱动

  

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  线性和开关型 LED驱动电路在一切运用中遭到欢迎(图6),这些运用一般在LED串之前运用 DC/DC改换器。

  可以预见,从2009年到2015年,LED 背光模块(BLU)将推进商场添加,自2018年开端,LED照明将是商场添加的首要推进力。

  终究,LED的运用规模将会扩展到生物技能、农业和医疗职业。

  台湾聚积科技公司技能商场部专案副理何宜叡介绍,青海旅游业从门票经济迈向产业经济,跟着LED芯片发光功率的进步,相同亮度的产品可以用更小的功率去驱动,热及本钱的问题正进一步在下降,商场因而将进一部扩展。到时各类照明运用将许多导入LED做相关运用之光源。

  驱动器本身面对更小的负载功率,有必要进一步进步电源改换的功率,避免连累全体灯具的功率。另一方面,也有必要要供给LED芯片安稳牢靠的电源,确保LED芯片的作业寿数及供给维护功用避免突发情况损坏灯具。

  Maxim的Piero Bianco着重LED技能的热门问题之一是冷却,特别关于改型灯和小型灯(如MR16)十分重要。除了散热设备外,冷却问题还联系到驱动器,由于灯作业在高温下就意味着驱动器会变热,这样就会下降驱动器的运用寿数。电解电容器对高温尤为灵敏。走运的是,Maxim现有的驱动器计划无需运用电解电容器,或尽管驱动器中运用了电解电容器,但当由于高温电解电容器功用下降时,驱动器功用简直不会遭到影响。

  影响LED照明开展的要害要素

  那么,现在全球都在主攻LED灯、芯片和运用范畴。但现在LED的均匀寿数仍是较为有限,有人以为要害仍是驱动力缺乏。那么影响LED工业开展的首要要素是什么?

  飞兆的Donghye Cho以为,假如要把LED打进一般照明商场,树立业界公认的规范并下降本钱十分重要。其它有待处理的问题依然是良率、发光功率(lm/W)和散热。良率直接影响LED的制作本钱和体系BOM(资料清单)本钱,这占有LED照明运用全体BOM本钱的70%。

  台湾普诚科技绿色动力作业处萧恩煦协理指出,跟着LED技能的开展,其单位功率的流明不断进步,现在在商场上量产的LED灯泡大都可以到达60 lm/W以上。在未来几年之内,LED散热技能不断优化,LED的流明改换功率将会不断进步,真实到达节能的意图。

  LED驱动器现在仍处“战国时代”,多样化、灵敏性是现在LED驱动器在商场上的表现,在未来的2~3年内不会发作根本性的改动。但跟着商场需求的不断规范化、趋同性,LED驱动器将逐步变成一个规范品。以现在商场开展较快的照明LED灯泡为例,在商场的开端阶段,驱动芯片的阻隔计划简直是每个计划规划商的必需,但跟着灯泡外壳技能的开展、灯泡体积的不断缩小、价格的下降,LED灯泡的驱动计划也发作了较大的改动,非阻隔计划的优势将逐步呈现出来,并被许多客户接受。现在LED灯泡多在4~6W规模,对功率要素要求不高,但未来对功率要素的要求势在必行,LED驱动器集成功率要素校对功用将在LED灯泡商场成为干流。

  台湾聚积的何宜睿以为,就LED灯具而言,与寿数最相关的不外乎灯具的电路部份。一般灯具厂商在规划的时分需求注意到两个当地:一个当地是LED芯片在操作时分的温度与寿数的联系,另一个是驱动电源本体组件的寿数约束。

  影响寿数的要素

  从技能层面来看,LED本身的寿数往往长达几万小时,但有时8000小时就不错了[1]。形成这种现象的原因是什么?

  安森美半导体我国区高档运用工程司理郑宗前以为,这是由于照明体系规划工程师在LED驱动电路规划中为了下降本钱而运用较低等级的外部元件,如额定作业温度更低的电容或精度更低的电阻等,会使驱动电路的牢靠性下降,运用寿数大幅缩短,不能与LED本身的寿数匹配。故工程师的一大应战是在坚持极高牢靠性的一起还要下降本钱。

  从商场来看,跟着LED在亮度及能效等方面在进步,关于LED照明工业而言,在商用商场和消费商场的开展脚步并不共同。修建物照明及零售照明等商业照明是最早运用LED通用照明的范畴,全体具有本钱、牢靠性和便利性等要素正推进LED照明在此范畴不断遍及。而在住所运用等消费商场,本钱仍是影响LED照明遍及的要害要素。

  许多LED企业以为芯片、散热器是LED寿数的本源,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相同。那么怎么更好地处理散热或光衰等方面的问题?

  聚积的何宜叡以为,LED芯片本体对寿数的计算,一般由光衰的程度来决议(例如:有些预算办法为光衰达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刻,而两者之间又带有指数型的联系。因而当温度上升过高时,光衰速度急剧添加,会导致LED芯片寿数大幅衰减。

  别的,电源驱动端输出电流纹波过大时,也可能对LED芯片寿数发生显着影响。电源驱动器规划要可以在满意高功率乃至高PF(功率因数)值后,仍能输出高安稳度及高精准度的电流十分重要。经由选用合适的电源计划可以确保LED芯片寿数在可以操控的规模内,避免不正常的LED光衰。

  在驱动电源本体中,大都半导体组件可以接受较高的环境温度。但是有部分元件如电解电容,寿数条件对环境温度有极高的要求。除了在元件选用标准上可以挑选较长寿数之标准外,在电路规划上也可以经由选用恰当的电源计划,获取较高的电源改换功率,进而下降灯具内电路热能堆积。

  Fairchild的Donghye Cho给出的更好地处理散热或光衰等问题的办法是,选用余量操控的线性平衡技能?金属芯PCB是削减驱动电路所发生热量的杰出代替办法,不然,正向电压可能会跟着温度而改变。尊龙备用网址在某些情况下,也可以考虑选用温度补偿电路来削减发热问题。

  “寿数”的界说跟着职业的不同而改变,半导体器材的有用寿数界说为发光水平较其原值衰减50%的时刻。关于照明职业,特定灯泡类型的均匀寿数则是50%的这类灯泡的寿数点。LED的寿数取决于其封装装备、驱动电流以及作业环境。较高的环境温度会大大缩短LED的寿数。

  为了削减光衰,在运用电路的规划方面有必要进步功率因数和准确接连电流操控。

  安森美的郑宗前指出,LED照明规划的重要应战包含办理温度及排热或散热,然后坚持LED的作业温度低于它们的结温。实际上,LED从基底发光。LED在发生光的过程中,也会发生热量,且这热量会使LED的结温度升高。由于LED是半导体器材,因而跟任何半导体器材相同,LED作业温度低于其150℃的最大结温度十分重要。更切当地说,主张LED作业温度一直低于100℃;一旦高于100℃,LED的牢靠性可能会遭到影响。要处理好散热问题,需求进步驱动电源的改换能效和运用更高光效的LED,选用供给强固热毛病维护功用的LED驱动芯片和散热功用更好的驱动芯片封装,以及散热功用更好的LED基板等。

  要延伸LED寿数,除了散热问题,还须应对潜在的静电放电(ESD)损害问题 。在LED模块封装中集成ESD维护是一种合适的处理计划。ESD维护可以运用为LED发射器裸片周围的额定裸片,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寿数的不匹配,是现在LED灯具寿数下降的一个要素。现在照明上的LED电源仍多选用电解电容,线路较为杂乱,外围元件较多,使全体灯具的寿数大打折扣。在LED灯泡的照明范畴,未来的驱动计划将以无电解电容、驱动芯片高度集成化为干流。一起,驱动芯片需处理本身以及所操控器件的发热问题,这也是灯具热源不行疏忽的一部分。

  全彩LED显现屏及标牌

  上一年上海世博会总共用了十亿颗LED,其间绝大部分用于RGB(红绿蓝)三色LED组成的灯外墙显现,例如我国馆的清明上河图。

  奥地利微电子消费与通讯部平板光源事务商场司理Markus Luidolt称,用于野外显现屏背光等严苛运用的寿数长达10万小时的LED已开宣布来。

  赛迪的张晓康详细分析指出,在LED显现屏驱动芯片范畴,全彩LED显现屏所用的恒流驱动IC将会成为商场竞争的首要战场,可以满意LED显现更高均匀性与牢靠性,集成度更高,功用愈加丰厚、本钱愈加低价的LED显现屏驱动IC已成为现在乃至未来产品研制和商场注重的焦点。

  近来,TI推出一款带 4 通道分组式推迟的串行操控 16 通道恒流LED 驱动器——TLC59282。TI我国区电源产品事务拓宽工程师吴涛详细解说了该产品推出的种种考虑。由于现在16通道是整个商场的趋势,也不扫除8或24通道的芯片,但8和24更多是针对一些特别运用和某些客户的芯片。此次发布的TLC59282芯片支撑的电流规模是2~45mA,其间数字2和45都很重要。2意味着它支撑每通道最低2mA,这有什么优点呢?现在LED显现屏分一般和高亮LED。关于一般LED显现屏,其驱动电流一般是15~20mA。高亮LED尽管贵一些,但可以把驱动电流降下来,比方可以在8mA或5mA的作业电流就使LED显现屏到达相同的亮度。假如LED驱动器最少支撑的电流也是5mA,它稳流的精度和长期运用的寿数都会有缺点。一般咱们要给目标留一些余量。对一个5mA运用来讲,一般LED驱动器要坚持3~4mA才干够确保5mA能有很好的运用。因而,2mA为什么重要?由于它可以支撑高亮LED。别的,一般LED在白日用时,由于有日照,把LED灯打得很亮才干看得清;但晚上可以把LED灯电流明显降下来。所以正常运用15mA的时分,到了晚上可能只需求5mA或8mA电流。还有,关于一些低灰度画面,可能需求更低的电流,比方显现人穿戴灰色西装,要LED开很短的时刻,或许让LED亮度很低,低电流就能确保低灰度时LED的运用。

  45mA首要针对LED需求大电流的时分。假如LED显现的是静态屏,那么一个通道接一颗灯,LED的电流是15~20mA。假如是扫描屏,一个通道总共有4个灯接上,经过MOS管做切换,这时需求把LED灯的电流拉上去,即在某些运用上,LED灯需求40~50mA的驱动电流才干正常作业。所以针对静态显现屏,LED作业电流15~20mA就够了,但扫描屏需求30~40mA的电流。

  因而,2mA的优点是可以满意低灰度高亮度小电流的LED的显现需求,45mA可以满意扫描屏的需求。

  中大尺度LCD面板LED背光源

  赛迪的张晓康称,尊龙备用网址。跟着大尺度LCD面板LED背光源商场的逐步发动,其驱动IC将成为热门,这关于驱动IC的通道数量、输出电压、输出电流的安稳性、驱动IC的牢靠性、电路维护功用、本钱与价格的操控等各方面提出了更高的要求。

  奥地利微电子Markus Luidolt称,全体来说,LED背光所需的驱动电流正在不断添加,例如,运用于大型LCD背光的LED,上一年其驱动电流一般为50~100mA,而进入2011年,其驱动电流简直翻了一倍,在3D电视中驱动电流乃至高达300mA。

  影响LED芯片的驱动力中,LED的光输出以及本钱的下降是主导要素。每流明的本钱,即用户为照明所付的费用正在敏捷下降。散热也很重要,因而优化PCB(印制电路板)布局十分要害。而更重要的则是避免热耗散,与其在散热方面做出额定的尽力,不如选用更有用的驱动器架构,如LED电源的智能调理。

  研制意向方面,在十分薄的LED电视和超薄手机中,LED的光输出越来越多,而封装则变得越来越纤薄。选用更好的色域使照明变得愈加天然也是业界重要的开展意向。关于奥地利微电子等LED驱动器制作商来说,需求更严密地与LED制作商进行协作,然后开宣布切合最新LED技能开展趋势的驱动器处理计划。

  普诚科技萧恩煦介绍道,用于液晶显现电视的背光技能首要区分为直下式与侧照式两种。

  直下式背光技能可以按照画面不同部分的亮度改变,快速微调LED的亮度,因而其LED驱动器的每一输出通道电流需求具有可以被独立操控的功用。由于直下式相对需求运用更多的LED,因而战胜散热问题以集成更多通道为未来直下式驱动器的开展趋势。而侧照式背光技能运用的LED个数相对较少,因而其驱动器需求输出较大的驱动电流以供给相同的亮度。

  侧照式现在大多只供给调光功用,电流输出信道的操控相对单纯,因而相对直下式来说,较简单将直流对直流改换器集成在一起。关于侧照式驱动器来说,怎么进步输出电流与供给耐压以添加LED驱动个数,将成为锋芒毕露的详细要害。

  车灯

  凌力尔特电源产品部产品商场总监Tony Armstrong介绍了车灯运用情况:奥迪公司是榜首家在多种车型中运用 LED 前灯的轿车制作商,早在 2008 年就已开端运用了。奥迪的轿车照明体系包含两个起首要效果的近光前灯,该体系由两个 LED 阵列组成,每个 LED 阵列都含有 4 个有源组件。别的 3 个 LED 阵列 (每个含有2个 LED IC) 坐落光学透镜的后边,它们的使命是操控明/暗分界线和前灯照明规模。就远光前灯而言,4个LED 阵列坐落与近光阵列相邻的当地。接近照明体系的下边际,一排 24 个 LED 组成白日行车灯 (DRL)。不过,正是这些白日行车灯使奥迪轿车外观新颖,其外观十分受购车族的欢迎。不久后,许多其他制作商都跟风而上,奔跑、捷豹、雷克萨斯和保时捷等,也都供给相似的白日行车灯了。

  而 LED 前灯体系在选用上却落后了,这首要归因于本钱。不过,2011 年呈现的一些前期痕迹好像标明这种情况将开端发作改变,由于事实上,LED 答应规划时愈加灵敏地进行挑选,一起 LED 功率的进步使本钱/功用得到了更有利的平衡。因而,现在咱们看到,凯迪拉克、丰田和雷克萨斯的各种车型都将 LED 前灯作为可选配件供给。例如,凯迪拉克凯雷德、雷克萨斯LS600H和丰田普锐斯可以选配 LED 前灯。

  Maxim以为LED已被广泛地运用于轿车后灯,而且现在正被用于轿车的白天行进灯、方位指示灯、远光灯和车头的短焦距灯。在该范畴,人们面对的首要问题是要有牢靠性十分高的LED驱动器——应可以在输入电压和温度改变规模较大的环境下作业;此外,驱动器有必要可以避免呈现短路或其它毛病。Maxim现已开端注重这个商场,其所选用的驱动器IC可以在上述的严峻环境下作业,一起,IC上集成了多种起维护效果的元器材,然后削减了元器材的数量,下降了处理计划的本钱。

  为了合适轿车级运用,需求对LED及芯片进行改装。例如,日本罗姆产品一般选用耐热性高的陶瓷封装,-40~130℃。而一般选用树脂和耐硫化封装。

  便携式运用

  凌力尔特介绍了移动电话上相机亮光功用。今日许多移动电话有内置数码相机功用。相机功用的进步也导致需求大功率白光光源,以在室内或暗淡的环境光线条件下运用相机。在装备相机的蜂窝电话中,白光 LED 现已成为首要的光源,由于白光 LED 具有新式蜂窝电话规划师所期望的各种特色:小尺度、大的光输出、能供给“亮光灯”和接连“视频”物体照明。现在现已开宣布专门用作集成式相机光源的大输出功率 LED。

  奥地利微电子Markus Luidolt称,全体来说,LED照明所需的驱动电流正在不断添加,例如两年前手机亮光灯运用中LED驱动电流规模为300~800mA,而现在则变为1000mA、2000mA乃至更高。

  

LED驱动

  罗姆1930年就开端出产LED,致力于小型化方向研制。在商场上特别遭到好评的是1006尺度(1.0mm×0.6mm),厚度仅为0.2mm的小型LED芯片产品——PICOLED系列,可谓最薄产品,面向小型电子设备的显现灯以及背光灯等用处的产品。该系列之一的PICOLED-eco,可以在1mA的低电流规模内完成以往产品2倍的亮度(图7)。据悉,已有多家厂商在手机键盘上选用了PICOLED-eco。

  

LED驱动

  部分公司新产品及研制意向

  飞兆最新效果是选用了高压工艺的线性电流平衡操控器。

  安森美半导体 从体系视点动身,供给考虑电、热和光等多种要素的高牢靠性产品,包含丰厚的AC-DC和DC-DC供电高能效LED驱动处理计划等。

  普诚科技 从事LED驱动芯片开发多年,近期已打入日本LED商场。另还针对未来高功率要素的需求,开发了PFC集成系列驱动IC。

  罗姆 正在开发选用可控硅调光的LED驱动IC,特色是可进行可控硅/PWM/线性调光,适用于各种调光运用(调光比0.2%~100%)。一起也在开发由多种LED元件、驱动器IC以及照度传感器组合而成的共同体系。

  TI 线性的AC/DC LED照明处理计划上,只供给一个电源改换的芯片。还有一系列开关型芯片,含降压型、升降压型和升压型等,如TPS62110、TPS54160等。

  奥地利微电子 LED驱动器产品线专为完成高功率而优化,可延伸移动设备的电池运用寿数,令LED电视变得愈加纤薄。

   


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