LED路灯的未来取决于可靠性问题能否解决

全球大部分政府目前都在进行道路照明的升级，首个步骤就是将LED路灯安装在新开发的区域，接下来，led路灯将替代现有的旧式路灯照明。根据预计，在未来五年，现今的大部分路灯都将会被LED照明所替代。

不过，LED路灯目前面临的一个大问题是可靠性低，因为它主要用于户外照明，面临多种极端环境条件，如长年经受日晒雨淋、雷鸣电闪、温度变化可能较大等。LED路灯要得到市场的认可和大规模使用，必须首先解决可靠性问题。

TI半导体事业部业务拓展经理刘学超

TI半导体事业部高性能模拟产品业务拓展经理刘学超博士表示：“LED路灯市场前景广阔，但必须解决可靠性的问题。”

LED路灯是一个由光学、热学和电子学组成的复杂系统，虽然LED本身的寿命较长，但如果LED驱动电路设计不当，如选用了低质量的有源或无源器件，使整体驱动电路寿命无法与LED匹配，就会影响LED路灯质量及寿命。

再者，LED的温度管理及散热也非常重要，一旦工作温度高于100℃，LED本身的可靠性就会受到影响。当然，LED早期失效、组装局部缺陷及瞬态现象等因素，也导致LED偶尔可能会失效，如果没有采取恰当的分流保护措施，单个LED的失效会导致整串LED不亮，影响整体路灯照明效果。

刘学超强调指出：“LED路灯是一个复杂系统设计，牵涉到光、电、热、机械等领域。就驱动电源来讲主要是效率和可靠性的问题。首先，驱动电源工作环境温度很高(一般在70度上下)，这样一来，就希望驱动电源的效率(包括恒压加上恒流)的效率达到一定高度(比如>90%)，降低驱动电源的温度，提高可靠性。其次，传统的驱动拓扑结构较为复杂，包括PFC、PWM隔离和恒流DC/DC三 级电路(如下图)，元器件多，可靠性低，特别是电解电容和光耦等敏感器件。”

传统LED路灯驱动的电路拓扑结构

因此，在LED路灯设计的过程中，必须很好地顾及LED温度管理或散热问题，使LED的工作温度保持低于其结温(最大结温为150℃)，一般建议LED工作温度需低于100℃，避免LED的可靠性受到影响。此外，LED驱动电路设计人员必须审慎选择电路中的有源或无源器件，确保与LED寿命匹配。例如，设计人员应当尽可能地避免使用电解电容，因为这种电容在长期使用条件下可能会产生泄漏而导致工作寿命缩短。

再者，在整体LED照明市场中，LED路灯是所有LED照明应用中 功率最高的，因此需要多个功率级和复杂的拓朴，以满足功率因子校正(PFC)、总体谐波失真(THD)、85 PLUS的效率等标准和法规，以及多串LED电流恒定的要求。

刘学超也认为：“要解决LED路灯的电路可靠性问题，必须从驱动拓扑结构进行改进，提高效率，减少元器件数量，另外也可进一步减少成本。”

LED路灯驱动方案推荐

针对上述问题，相关半导体业者极力发展复杂性较低的功率级和高集成度解决方案产品，一方面能够满足高效率和低BOM成本要求，另一方面还能满足全球能效标准和法规要求。韩国飞兆半导体副总裁赵东辉指出，针对LED路灯的需求，飞兆半导体近期发布了一个四通道电流控制IC产品(FAN7346)，它带有简单的LED串正向电压回馈功能，可以替代复杂的次级DC-DC模块，且该产品兼容反激式或半桥转换器以及派生拓朴，可提供仿真和PWM调光功能。

韩国飞兆半导体副总裁赵东辉

此外，飞兆半导体还提供高集成度功率开关解决方案(FLS1600-2100XS)，通过在单一封装中集成两个高压MOSFET，并使用LLC谐振半桥控制器，来降低BOM成本。飞兆半导体的CRM PFC控制器IC产品FL7390B/C则能提供用于高功率因子和低THD应用的低功耗解决方案。这个控制器通过软启动功能和第二OVP功能来消除Vout过冲，从而提高了系统可靠性。

目前数家欧洲和中国客户已开始使用飞兆半导体用于街灯照明和大功率户外照明应用的大功率解决方案，PFC控制IC和LLC谐振半桥控制IC是主要的交货产品。

飞兆半导体赵东辉指出，如果仅仅关注成本，会再次导致低质量和低可靠性的问题，而这正是飞兆半导体极力避免的，因此飞兆半导体的新产品相当注重简化系统、提高效率、降低THD的发展趋势。

他表示，系统效率与成本相关，针对特定的功率拓朴，如果选择较高级别的元器件，能够轻易提高效率。因而第一步是挑选适合系统的最佳拓朴，第二步是找到能够支持你的目标拓朴的最佳解决方案供货商。

为了更好地实现节能要求，业界对超高能效的LED路灯(如能效高于90%)方案非常有兴趣。针对这一需求趋势，安森美半导体郑兆雄表示，要提供这样高的能效，需要采用高能效的电源拓朴结构，如谐振半桥双电感加单电容(LLC)拓墣结构，从而充分发挥零电压开关(ZVS)的优势。

在这类要求超高能效的更大功率(如50W至250W)LED区域照明(如LED路灯)应用中，安森美半导体的NCP1607 PFC控制器和NCP1397双电感加单电容(LLC)半桥谐振控制器，能用于功率在50到300 W范围的高能效LED街道照明应用。NCP1397则是最新高性能谐振模式LLC控制器，集成了600 V高压浮动驱动器，支持50到500 kHz的高频工作，内置高端和低端驱动器，支持可调节及精确的最低频率，提供极高能效，并具备多种故障保护特性。

刘学超也表示：“TI 为了满足高质量LED路灯市场的要求，推出了新一代多串变压器LLC谐振半桥LED驱动控制器UCC25710。它通过多串LLC谐振电路可以实现多串LED的恒流，只需要PFC电路加上LLC多串恒流电路，这样可以提高效率，减少器件成本并提高LED路灯可靠性，同时带有PWM接口。”

LED路灯未来趋势

针对提升LED路灯质量的议题，安森美半导体电源及便携产品全球销售及营销高级总监郑兆雄提出他的看法，在LED路灯应用中，一种常见的电源架构是“功率因子校正(PFC)+恒压(CV)+恒流(CC)”的三段式架构。这种架构中，交流输入电源经过功率因子校正和隔离型直流-直流(DC-DC)转换后，输出24至80 Vdc的固定电压，提供给后面内置DC-DC降压转换电路的恒流LED模块。这种架构的设计提供了能够现场升级的模块化途径，可根据实际需求，灵活改变LED光条数量，从而增加或减小光输出，满足具体区域照明应用要求。[!--empirenews.page--]

在这种模块化途径下，一项设计能够扩展用于多种光输出等级。而且随着LED光输出性能增强，LED模块要提供相同光输出等级，所需采用的灯条就更好。而每个灯条都设有一个专用的DC-DC LED驱动器，安森美半导体的CAT4201高能效降压LED驱动器便是适用的解决方案。CAT4201专门优化用于驱动大电流LED，采用具有专利的开关控制算法，提供高能效及精确的LED稳流(可达350mA)。CAT4201可采用最高36 V的电源电压供电，并兼容于12 V和24 V标准照明系统。安森美半导体郑兆雄表示，也由于安森美半导体的LED路灯解决方案具有高性能、高能效及高可靠性，因此目前已赢得了众多的客户design-win。

TI刘学超也认为：“未来LED路灯的发展趋势有以下几点：1）单路高压是未来发展方向，这样可以减少驱动电源的复杂性，降低成本。UCC25710同样是一个很好的能满足单路高压电路的控制器；2）路灯系统智能化需求量增加，需要跟网络联系在一起；3）模块化是另外一个趋势，通过模块设计降低维护成本。”

亿光照明产品经理RussELl Huang

以上是从半导体业者的角度来讨论观察LED路灯质量的提升，接下来看看LED封装业者在此方面又有何着力。亿光照明产品经理Russell Huang指出，LED路灯质量与寿命的主要关键在于LED，此外，经过精心构思与设计的光机系统能够提供真正有效率且节能的照明解决方案，辅以模块化的设计概念，客户可以轻易地进行维修保养与更新，在效能/价格比上更是最佳的选择。亿光目前在欧洲、北美、台湾、中国大陆等地区皆创造了许多成功的LED路灯应用案例。

根据统计，中国目前有各类型路径超过1亿盏，每年新增路灯需求都在2000万盏以上，且呈不断上升趋势。中国许多中大城市都在试验LED路灯，如果能够更好地解决LED路灯标准化问题，切实提高LED路灯设计的可靠性，并降低LED路灯的价格，未来几年中国市场对LED路灯的需求将大幅上升。