LED功率節省仍有精進空間

　　LED照明市場迅速成長背后的主要驅動力之一是與白熾燈甚至CFL照明相比，LED燈可節省較多的功率。因此，研究一下用現有LED能節省的功率以及未來幾年內，其功率將如何進一步節省。

　　目前60W白熾燈可提供約800流明，可轉換為13.3流明/瓦（lm/W）。而現有LED就商用產品而言，效率在50～170lm/W之間。未來的LED則將提供範圍為200～230lm/W的效率。然而，最大的理論效率約為250lm/W。

　　就照明用途而言，可考慮100lm/W的LED。LED本身所需要的電功率為8W。不過，交流對直流（AC-DC）LED驅動電子線路的效率也必須考慮在內，就高性能LED驅動器而言，此效率為85%。因此，離線式電源所需的總功率為8W/0.85=9.4W，從而與白熾燈相比，功率節省了84%。如果用65lm/W這個更加保守的數字，那么相對于白熾燈耗用的功率而言，LED功率可降低75%。展望未來，當提供200lm/W的LED可用時，功率將節省多達92%。為滿足目前能源之星的要求，相對于標準白熾燈，LED燈的功率須至少降低75%，才能取代白熾燈。

　　離線式供電設計難度高

　　能用離線式電源驅動LED就可使應用越來越快地增加，因為在商用建筑和住宅中，可以非常便利且輕易得到這種形式的電源。儘管LED燈的附屬裝置相對簡單，最終用戶非常容易安裝，但是對LED驅動器IC的要求卻也大幅提高了。因為LED須要一個良好調節的定電流源，以提供恆定的光輸出，所以用AC輸入源給LED供電需要一些特殊的設計方法，并要滿足一些特別的設計需求。

　　例如，在世界上不同地區，離線式電源參數可能不同，一般在90～265VAC之間，頻率則為50～65Hz。因此要製造通用全球市場的LED附屬裝置，最好擁有這樣一個無須修改就能使LED用在全球任何地方的電路設計，想達到這樣的目標，就需要單一LED驅動器IC能處理多種輸入電壓和頻率的功能。

　　除此之外，還有很多離線式LED應用需要LED與驅動電路之間實現電氣隔離，這主要是出于安全上的考量，同時亦是幾家監管機構所嚴格要求的。電氣隔離一般由隔離型反馳式LED驅動器架構，該架構運用變壓器隔離驅動電路的主端和副端。

　　採用LED照明的動力來自于提供特定光輸出量所需的功率可大幅降低，因此當務之急是LED驅動器IC要提供最高效率。因為LED驅動器電路必須將高壓AC電源轉換為更低的電壓和良好調節的LED電流，所以LED驅動器IC必須設計為可提供高于80%的效率，以不浪費功率。

　　而且為了配合在住宅應用中常見的Triac調光器已大量安裝到位的情況下，使LED普及應用成為可能，LED驅動器IC必須與這些調光器一起高效運作。Triac調光器專為與白熾燈和鹵素燈很好配合工作而設計，這兩種燈是理想的電阻性負載。然而，LED驅動器電路一般是非線性的，而且不是電純阻性負載。其輸入橋式整流器在AC輸入電壓處于其正峰值和負峰值時，通常須吸收高強度的峰值電流。因此，LED驅動器IC必須通過設計來「模仿」一個純電阻性負載，以確保LED在不產生任何明顯閃爍的情況下正確啟動，并利用一個Triac進行適當的調光。

　　PFC左右驅動電路性能良窳

　　就LED照明而言，PFC是一個重要的性能規格。簡言之，如果所吸取的電流與輸入電壓成正比且同相，那么功率校正因數為1。因為白熾燈是一種理想的電阻性負載，所以輸入電流和電壓同相，且PFC為1。PFC特別重要，因為它與本地電力供應商所須提供的電功率有關。

　　換言之，在一個電力系統中，與一個具有高功率因數的負載相比，在所傳輸的有用功率相同的情況下，一個具有低功率因數的負載可吸取更大的電流。因為所需電流較高，所以在配電系統中損失的能量也提高了，因此需要更粗的導線和其他傳輸設備。然而，較大的設備和能源浪費增加了成本，所以電力公司通常對功率因數較低的工業或商用客戶收取較高的費用。LED應用的國際標準仍然處于開發中，不過大多數人相信，就LED照明應用而言，將要求PFC》0.90。

　　LED驅動器電路（包括大量二極體、變壓器和電容器）的表現不像一個純電阻性負載，其PFC可能低至0.5。為了將PFC提高到0.9以上，主動或被動PFC電路都必須設計到LED驅動器電路內。此外，在採用數百個以上50瓦LED燈的應用中，高PFC尤其重要，在這種情況下，高PFC（》0.95）LED驅動器設計是有益的。

　　另一方面，高PFC還有一點也很重要，即是最大限度降低LED附屬裝置的諧波失真。國際電工委員會（IEC）已制定了C類照明設備諧波性能規範IEC 61000-3-2，以確保新的LED照明附屬裝置滿足低失真要求。

　　滿足成本及尺寸要求　精簡LED驅動電路勢在必行

　　在照明應用中，能在較寬的線電壓、輸出電壓和溫度變化範圍內準確調節LED電流是至關重要的，因為LED亮度的變化必須是人眼難以察覺的。同樣的，為確保LED有最長的工作壽命，不用高于最大額定值的電流驅動LED相當重要。在隔離型反馳式應用中，LED電流的調節并不是直接進行，常常須要一個光耦合器來閉合所需的回饋迴路，或者可能增加一個額外的轉換級。然而，這兩種方法都帶來復雜性和可靠性等問題。幸運的是，有些LED驅動器IC的設計採用新的設計方法，無需這些額外的元件或不增加設計復雜性，就能準確調節LED電流。

　　然而，要從白熾燈迅速向LED燈轉變，最大的障礙是在于LED解決方案的成本和尺寸。雖然若考慮到在LED的壽命期內電力成本和更換成本的降低，以這樣的價格換一個LED燈確實有經濟意義，但若要消費者花近1，000美元換一個LED燈，依然是很大的障礙。因此，目前仍以倉庫、車庫等支付大量照明電費的商業企業轉向LED照明的速度較快，而此費用的節省亦更加明顯。隨著LED燈購買費用的下降，未來將有更多的消費者愿意轉向LED照明。

　　另一方面，同樣重要的一個因素是LED照明解決方案的尺寸。很多LED燈都是直接旋入燈座的，因此整個解決方案必須與塬來使用的白熾燈有相同的形狀和體積。由于LED需要散熱器和許多復雜的驅動器電路，所以在相同的體積中裝入這兩樣東西將可能是種挑戰。因此，消費者需要的是一個簡單，且接腳面積精簡的解決方案中，可提供所有功能的LED驅動器IC。