国内LED通用照明驱动IC之DC/DC之痛

市场概况

LED 驱动IC 目前市场需求按应用来分基本有三大类：

一是用于消费性电子产品的，其应用特点是以电池为能源，一般为4.2-8.4V，因此低电压、小电流的LED 驱动器是目前量大面广的产品；

二是用于汽车照明产品，因其电源来自汽车蓄电池，一般是48V，所以需要较高电压降压的LED 驱动IC；

三是建筑装饰照明和家庭照明，则需要将 AC 能直接变换成DC 的LED 驱动IC，主要功能是将交流电压转换为恒流电源，并同时完成与LED 的电压和电流的匹配。因而不同应用的LED 驱动IC 是完全不同的。

市调研机构iSuppli指出，目前手机和便携消费电子是中国 LED驱动器的主要应用市场， 2009年占总体市场的 67%。随着政府政策的推动， LED在照明领域的增长开始加速，并有望在 5年内超过LED在手机和便携消费电子中的应用市场。对于 LED驱动厂商来说，照明市场潜力很大，但 LED驱动方面还存在技术障碍，且国内厂商多是供应面向低压直流应用的 DC/DC LED驱动产品，对于适合 LED室内照明应用的 AC/DC LED驱动产品供应还很缺乏。

国外芯片制造商纷纷抢滩国内AC/DC LED驱动市场

目前 LED驱动厂商主要以 TI、美国国家半导体、安森美半导体等国际大厂为代表，这些厂商长期从事 LED驱动技术研发，推出了面向消费电子、汽车、显示屏以及照明等多个不同应用领域的专属 LED驱动器件。而本土的 LED驱动供应商，只是在小功率 LED应用上有所建树，在大功率照明应用方面，技术实力还不够硬。不过已经有越来越多的厂商开始投入 LED照明驱动的研发与生产——一方面，普通 LED照明市场潜力巨大；另一方面， LED驱动厂商越来越多，迫使厂商尽快提升技术实力以从竞争中突围。

就目前的市场状况来看，AC/DC LED驱动在 LED照明应用市场中约占 60~70%的份额，尤其是室内照明市场。由于AC/DC LED驱动使用方便，因此很适合在替换式 LED照明应用中采用，而且从效率上来看， AC/DC LED驱动会比 DC/DC LED驱动略有优势。不过在 稳定性、抗浪涌、安全性等诸多方面，AC/DC LED驱动还存在一定的设计难度。
 
目前性能好的 AC/DC LED驱动厂商还是以美欧日公司为主，如 PI、iWatt、NXP、安森美半导体等，其次是韩国和台湾地区的公司。而本土的 IC公司还是以替代市场为主业，芯片的创新拓扑结构设计和自由专利都很鲜见。由于室内照明对 AC/DC LED驱动的需求很大，摆在设计商面前的问题是如何突破设计瓶颈。

相比用于低压直流供电系统的DC/DC LED驱动， AC/DC LED驱动的市场一般为交流直接驱动的室内照明。室内照明目前以替换方案为主，灯具的空间小、散热条件苛刻，而室内灯具产品对 EMC的防护等级要求较高，因此这对 AC/DC驱动来说，性能全、集成度高是一大设计难题。目前对于较大功率、小尺寸 LED灯具的 AC/DC LED驱动电源来说，EMC、散热、抗拒爬电是它目前的技术瓶颈和难点。此外，集成更多功能和精简应用电路也是驱动 IC设计时必须考虑的问题。

据了解，LED通用照明市场至少要到2013年才有起飞机会，并且必须满足三个基本条件：第一，每瓦光通量指标要达到150-180lm，目前量产LED的性能为100lm/W；第二，每一千流明光通量LED照明灯具的市场价格要在10美元以下，今天的水平是30美元；第三，LED照明灯具市场渗透率要达到10%，今天渗透率才2%左右。因此，用于LED通用照明市场的驱动芯片市场潜力巨大，有必要尽早布局。
目前国内主要AC/DC LED驱动ＩＣ的生产企业有上海晶丰明源半导体有限公司、美芯晟科技有限公司、杭州士兰微电子股份有限公司、华润矽威科技（上海）有限公司等，而这些企业的AC/DC LED驱动ＩＣ产品线分别占有该企业LED驱动ＩＣ产品线５０％以上的份额，足见led通用照明市场令国内芯片制造商垂涎三尺。
 
                                   
AC/DC LED驱动特性与优点

AC LED是相对于传统的DC LED来说，无须经过AC/DC转换，可直接插电于220V（或110V） 交流电使用的 LED 照明技术。AC LED光源的技术关键是LED晶粒在封装时的特殊排列组合技术，同时利用LED PN结的二极管特性兼作整流，通过半导体制作工艺将多个晶粒集成在一个单芯片上，即高功率单晶粒（single power chip）LED 技术，并采用交错的矩阵式排列工艺组成桥式电路，使AC电流可双向导通，实现发光。晶粒的排列如图1所示，左图是AC LED晶粒采用交错的矩阵式排列示意图，右小图是实际AC LED晶粒排列照片，AC LED晶粒在接上交流后通体发光，因此只需要二根引线导入交流源即能发光工作。

 
图1  AC LED晶粒封装示意图

AC LED光源的工作原理如图2所示，由LED微晶粒采用交错的矩阵式排列工艺组成5个桥臂，组成类似一个整流桥，整流桥的两端分别联接交流源，另两端联接一组LED晶粒，交流的正半周沿实线流动，3个桥臂的LED晶粒发光，负半周沿虚线流动，又有3个桥臂的LED晶粒发光，四个桥臂上的LED晶粒轮番发光，相对桥臂上的LED晶粒同时发光，中间桥臂的LED晶粒因共用而一直在发光。


 

图2  AC LED光源的工作原理

在50Hz（60Hz）的交流中会以每秒50（60）次的频率轮替点亮。整流桥取得的直流是脉动直流，LED的发光也是闪动的，LED有断电余辉续光的特性，余辉可保持几十微秒，而人眼对流动光点记忆是有惰性的，所以感觉不到光的闪动。LED有一半时间在工作，所以发热得以减少40%～20%。其使用寿命较DC LED长。

AC LED 体积小，可应用于工业及民用小型指示灯；高压低电流导通优点克服了使用 DC LED 时线路高损耗造成需依赖电源供应器接续的问题；而且双向导通，蓝绿光 LED 无静电击穿 ESD 问题；使用微晶粒技术大幅提高发光效率；由于功率因数提高与低电流控制，对于一般照明产业及 LCD 背光面板产业，更是一项实用化新技术。

DC/DC LED驱动在照明领域上的不足

传统的LED是典型的低压直流器件，无法直接在我们日常照明使用的电源是高压交流（AC 100～220V）下使用，必须经过变压器或开关电源降压，然后将交流（AC）变换成直流（DC），再变换成直流恒流源，才能供LED光源使用。
因此在LED灯具里必然要有一定的空间来安置这个变换器，不利于照明灯具的设计和小型化。而且系统经过的变换环节，能量必然有一定量的损耗，DC LED在交流、直流之间转换时约15%～30%的电力被损耗，系统效率很难做到90%以上。如果能用交流（AC）直接驱动LED光源发光，系统应用方案将大大简化，系统效率将很轻松地达到90%以上。变换装置的存在造成了传统LED照明产品成本较高的重要因素，也成为制约LED光源产品寿命的瓶颈，无法体现LED长寿命的特点。

由于传统DC/DC LED照明技术的局限性，使得传统DC/DC LED驱动技术未能在通用照明市场普及产业化。传统DC/DC LED驱动成本相对高、体积达不到通用照明市场的要求，并不适用通用照明市场，原因是采用AC技术可以减少外设器件的成本，对于照明灯市场来说具有很强的市场潜力。

混乱的DC/DC 驱动芯片市场

经过对DC/DC 驱动芯片市场的观察，价格竞争已经进入了白热化，尤其是一些技术含量比较低，缺少专利的产品，贴牌、假冒的产品在市场上出现，由于性能方面的问题可能会在几年之后才会出现，所以，低价的贴牌、假冒芯片几乎没有门槛的进入LED驱动芯片市场，形成了目前市场上的混乱。

例如华润矽威的PT4115，该产品拥有较广泛的应用范围，在LED驱动芯片市场是一款比较通用的产品。据与于一些小照明厂的工程师交流了解到，他们可以以０.６元的价格买到该款产品，但是据调查获悉，华润矽威的PT4115目前价格在一元左右，0.6元只是一些冒牌、贴牌的产品。

问题总结：

1、目前LED驱动芯片竞争日趋激烈，主导AC/DC LED驱动市场依然为国外欧美等地的公司，国内的产品的更新能力和技术能力比不上国外的厂商，例如日前，德州仪器 (TI) 在欧洲照明技术策略大会(the Strategies in Light Europe conference)上宣布推出两款高度集成的相位可调光AC/DC LED照明驱动器LM3448与TPS92070，其适用于住宅、建筑、商业以及工业应用的固态照明，满足改装灯泡、LED镇流器、射灯以及聚光灯等灯具的需求。本土集成电路公司设计的DC/DC驱动芯片水平已接近国外同类水平，并具有很好的性价比和竞争能力，但产品线较窄，抗风险能力较低，并且国外公司的LED驱动IC在耐压方面还占有一定的优势。

2、价格混乱。由于不断有集成电路设计公司进入LED驱动芯片市场，一些通用的LED驱动芯片不断被仿冒，造成价格下跌，市场混乱。同一类型的芯片价格可分为三档，第一档，较高价格的国外芯片企业，第二档，中等价格的国内正规生产企业的价格，第三档，低价格的国内一些假冒、贴牌生产企业，其中第二档对第三档的价格落差可达到50%。