PSR架構使具有TRIAC調光功能的LED燈更長壽
匹配傳統TRIAC及無電解、電容的LED驅動器將大行其道。在LED驅動器設計革新之下,已大幅改善LED驅動器支援TRIAC調光的閃爍及壽命短的缺陷,可望提高LED燈具的附加價值,并加速市場的普及。
無閃爍及無電解、電容發光二極體(LED)驅動器方案正持續進化。由于市面上推出相容于TRIAC調光的LED驅動器仍難克服閃爍與擴大調光範圍的弊病,導致照明系統業者的採購意愿低落;再加上內建的電解與電容往往是LED燈具使用壽命無法延長的元兇,因而成為LED驅動器供應商戮力克服的技術挑戰。
擴展TRIAC調光範圍 LED驅動器商競推專利線路
為開發出具寬廣TRIAC調光範圍且無閃爍LED燈具,LED驅動晶片業者正陸續導入自行開發的專利線路,以突破長久以來的技術桎梏,加速相容于TRIAC調光的LED燈具市場滲透率擴大。
快捷(Fairchild)技術行銷總監嚴宗福表示,快捷旗下支援TRIAC的LED驅動器已導入主動式洩流(Active Bleeder)特有線路,可加大保持電流(Holding Current)範圍,藉此解決LED燈具閃爍問題,同時延展調光範圍達10100%,實現如傳統光源多層次調光。
目前市面上TRIAC調光器規格參差不齊,因此大多數支援TRIAC功能的LED驅動器難以符合所有調光器最低的保持電流要求,為執行TRIAC調光,LED驅動器須調降輸出電壓,再提供給燈具使用,容易導致導通電流降至0,此將斷斷續續產生照明關閉的窘境,造成光源閃爍的情況發生。
嚴宗福指出,為解決光源閃爍的窒礙,快捷藉由在LED驅動器配備主動式洩流專利線路,擴張保持電流範圍,使具備TRIAC調光功能的LED驅動器能支援最小的保持電流,避免TRIAC調光斷電。
德州儀器(TI)亞洲區類比產品市場開發資深市場行銷工程師周俊宏強調,相較于傳統光源動輒數十瓦以上,大多數LED居家照明皆在10瓦以內,因此導通電流較小,較易引發光源閃爍的問題,有鑑于此,德州儀器已于LED驅動器內建自行研發的解碼(Decoding)專利線路,以偵測TRIAC調降后的輸入電壓,再供應TRIAC調光所需的最低保持電流,確保LED驅動器電流可持續導通。
另一方面,為實現如傳統光源的多層次調光,燈具系統商對于更寬廣的調光範圍要求更為嚴苛,從過去的30100%調光範圍,已進階至10100%,此亦增加LED驅動器的設計難度。
周俊宏表示,現透過專利線路,大多數LED驅動器廠商已能克服擴大調光範圍的技術難題。事實上,隨著各家技術迭有進展,預期未來更多適用于TRIAC調光的LED驅動器解決方案將會競出籠,恐將使價格戰起,不過,有別于傳統光源及電源的設計架構,應用于照明的LED驅動器開發仍須經驗累積,因此持續提高產品附加價值與性價比,將為贏得更多客戶青睞的不二法門。
除相容于TRIAC的閃爍窒礙之外,LED驅動器亦面臨壽命難以延長的挑戰。為達成LED照明標榜的2萬小時使用時間,快捷、德州儀器、包爾英特(PI)、Maxim等LED驅動器供應商已紛紛開發出無電解和電容的LED驅動器方案。
延長LED照明使用壽命 無電解、電容方案傾巢出
現階段電解與電容壽命最高僅達5,000小時,且單價昂貴,不僅無法符合LED光源使用時間長達2萬小時以上的要求,且墊高LED驅動器整體物料清單(BOM)成本,與LED照明系統商的低成本和長壽命產品策略背道而馳,無電解、電容LED驅動器方案遂應運而生。
嚴宗福表示,LED照明燈具運作溫度高達80100℃,然電解與電容在高溫下容易乾燥,故採內建電解、電容的LED可調光驅動器,工作壽命無法超過數千小時,拖累LED照明燈具壽命。
周俊宏指出,無電解及電容的LED驅動器方案,雖可縮減成本、體積及壽命,但會產生輸出電流漣波大的缺陷,造成LED光源閃爍、壽命衰煺及效率下降的問題,解決之道是加入線性穩壓器(LDO),抑或藉由控制模式調降LED驅動器的輸出電流漣波。
在輸出電流漣波下降之下,可改採成本及尺寸較小的陶瓷電容,避免引發光源閃爍。
不僅是匹配TRIAC調光與長壽命,為增加外觀的設計彈性,LED照明系統商對于更小體積的LED驅動器同樣需求殷切,正借助反馳式初級側調節(PSR)拓撲架構LED驅動器縮減尺寸及成本,加速LED居家照明普及。
PSR架構助攻 LED居家照明成本續降
LED驅動器供應商正積極藉由在PSR內建替代二次側(Secondary Side)的回授電路,以在不犧牲負載電流精準度之下,提供低成本與小尺寸的LED驅動器方案,從而降低20瓦以下居家照明成本。
亞瑟萊特策略行銷部專案經理蘇壬穗表示,相較于二次側架構,PSR線路設計較簡化,其省卻二次側架構的回授線路及相關元件如二極體、電解及電容,由于元件數量減少,可大幅降低LED驅動器的體積與BOM成本,適用于訴求低成本的居家照明,且符合居家照明微小化燈座的要求。
周俊宏指出,為加速擴大LED居家照明市場滲透率,今年照明系統業者將主打低價居家照明產品,因此能顯著減低成本的PSR架構LED驅動器方案更能贏得市場的青睞,將是今年德州儀器的布局重點。
事實上,今年上半年,快捷、德州儀器、恩智浦(NXP)、亞瑟萊特等已輪番推出PSR架構的LED驅動器方案,足見該產品在LED居家照明市場的熱度。
然而,PSR雖免卻回授電路,卻導致難偵測大功率輸出電壓與電流的變化,且易受雜散訊號影響,降低負載電流的精準度。也因此,半導體廠商正藉由在LED驅動器置入具備回授功能的專利線路,以提高負載電流的精準度。
嚴宗福提到,著眼于PSR搭配傳統TRIAC調光為居家與商業照明大宗市場,快捷已開發出取代二次側回授的專利線路TRUECURRENT,藉此偵測出負載的電流量,再透過整合反馳式架構、MOSFET開關及TRIAC訊號,運算出精準的脈衝寬度調變(PWM)輸出訊號,提供準確的負載電流,負載電流準確度最高可達±3%。
亞瑟萊特更透過自有線路搭配,將PSR架構LED驅動器的周邊元件數減少,藉此縮減成本與體積。
蘇壬穗指出,隨著更高整合度的居家照明LED驅動器方案需求增溫,且為符合美國能源之星(Energy Star)與國際電工委員會(IEC)對于功率因數校正(PFC)須達0.9以上的要求,亞瑟萊特正試圖在PSR架構LED驅動器內整合調光、PFC等元件,戮力減低周邊元件數量達十五顆以下。
除亞瑟萊特外,包括快捷、德州儀器、恩智浦等業者亦已朝此方向發展,甚至紛紛計畫于下半年或明年,推出整合金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)的更高整合度PSR架構LED驅動器方案。
相容于TRIAC調光、PSR架構及高整合度方案已為LED驅動器廠商共同的產品發展方向,外商為尋求LED驅動器差異化,將持續透過高整合度,以及附加過電壓保護(OVP)、過溫度保護(OTP)、過電流保護(OCP)等功能,以提高產品附加價值,避免流于削價競爭。
同時,為迎合LED照明產業少量多樣的特性,外商的市場策略亦將改弦易轍,不再僅鎖定大品牌客戶,而將擴大戰線,積極迎合中小規模照明系統商的需求,恐將壓縮國內中小型規模LED驅動器業者的生存空間。為殺出重圍,臺灣LED驅動器廠商正戮力藉由服務與通路另闢獲利蹊徑。
蘇壬穗談到,亞瑟萊特將透過高度客製化服務,以及與代理商策略結盟,結合代理商其他代理的LED燈具元件產品,如燈殼等,經由規格調整后,組裝成半成品燈具,再提供給燈具客戶,提高產品的附加價值,以搶攻更大的客源。
在往后LED驅動器業者的產品策略已逐漸無太大的差異之下,如何突顯產品的差異化與附加價值,將會是各LED驅動器廠商要面臨的更重要營運課題。
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