照明工程市场空间巨大 行业面临技术升级挑战 保护机制全面启动 LED背光模组安全性大升级

导语： 照明工程行业上游产业为照明产品供应及其他工程材料供应，下游客户主要包括政府、房地产商以及其他建设主体。

照明工程行业上游产业为照明产品供应及其他工程材料供应，下游客户主要包括政府、房地产商以及其他建设主体。随着LED技术不断进步，其发光效率提升，成本下降，LED照明成为照明工程行业重要的照明产品之一，有效的解决了节能、环保、光污染等问题，推动了我国照明工程行业可持续发展。

根据新思界产业研究中心发布的《2019－2023年中国照明工程市场可行性研究报告》显示，2017年，我国照明工程行业市场规模为3829.7亿元，同比增长11.85％；预计到2020年，我国照明工程市场规模将达到5519亿元，行业持续保持良好的势头发展。

我国城镇化率已经达到国际平均水平，但与发达国家相比仍存在一定差距，仍有较大提升空间。城镇化建设将带动城市照明市场需求，在我国城镇化进程不断推进的情况下，市政基础设施建设投入将持续增长，城市照明市场需求也将随之快速提升。节能环保是国家的重要战略要求，传统高耗能灯具替换需求庞大，在国家政策的推动下，大中型城市路灯LED改造逐步完成，小型城市以及乡镇农村地区还要较大更换需求。在城镇基础照明领域，我国照明工程行业仍有较大发展空间。

除基础道路照明需求外，城市景观照明需求也在快速增长。我国特色小镇培育工作持续推进，小镇建设迎来热潮，对景观亮化、夜景照明的需求持续扩大，为我国照明工程带来了庞大市场空间。我国国际影响力不断提升，国际性会议越来越多，为彰显国家形象、打造地区城市名片，拉动旅游、消费等产业发展，政府对景观照明的投资力度不断加大，也为照明工程行业带来巨大市场。

总的来看，我国照明工程行业未来发展前景广阔。但我国照明工程行业正处于成长期，中小型企业数量较多，规模企业较少，市场集中度低，竞争较为激烈。我国规模大、技术较为先进的少数照明工程企业主要集中在华东、华北地区，以北京、上海、深圳等发达城市为主，尚未出现全国性的龙头企业。随着市场要求不断提高，弱势企业将逐步被淘汰，实力强大的企业通过兼并收购扩大企业实力，行业集中度有望提升。

新思界行业分析人士表示，我国智慧城市发展模式正在探索过程中，试点城市不断增多，路灯是智慧城市物联网很好的切入口。智慧照明系统不仅可以提升城市照明的管控水平，实现节能减耗目标，还可以集成视频监控、环境监测、灾害预警等多项功能，为城市信息化和智慧化管理提供技术支撑。智慧城市建设对我国照明工程行业的技术要求进一步提高，照明工程行业面临着新的发展机遇，同时也面临着技术升级带来的挑战。

编辑：严志祥

保护机制全面启动 LED背光模组安全性大升级现今已有越来越多电子产品采用LED背光模组，为确保背光模组性能，LED驱动IC的保护功能已格外受到重视。良好的保护机制必须针对拓扑的输入、输出与LED背光等部分，进行全面且完善的考量，并要同时兼顾高LED驱动电流能力与电流平衡。

然而，在LED背光模组开始大放异彩的同时，不得不同时思考着LED背光模组失效模式的预防，这可避免因其失效而产生使用安全性的疑虑，尤其当应用场合从家庭慢慢延伸至公共场合时，LED驱动积体电路(Driver IC)保护动作机制就显得格外重要。

目前LED驱动IC主要保护机制分为对拓扑架构的保护，例如过电压保护(Over Voltage Protection, OVP)、过电流保护(Over Current Protection, OCP)、短路保护(Short Circuit Protection, SCP)，其相关保护不外乎针对电性应用上的保护，或者是模组端、系统端制程相关的保护，而目的均以安全考量或不损坏系统端元件；还有对LED灯条端的保护，例如LED开路保护(LED Open Protection, LOP)、LED短路保护(LED Short Protection, LSP)；由于LED属于半导体物理元件，过高的操作电压及长时间的操作电流皆会造成LED元件损伤，因此如供电电压不稳、LED线路间或本身品质因素造成短路，或是开路都会使LED失效造成亮度差异，进而影响面板画面品质及LED的寿命。本文将针对不同的保护机制动作原理及判断机制做深入的探讨。

LED背光保护机制各有专长

一般应用于LED驱动的拓扑架构均以提供LED稳定电流为目标，再以输出与输入的电压关系选择适合的拓扑架构；相较于目前的应用，LED亮度与电流、应用的数量成正比，所以为求高亮度与多颗LED串联，其多串并联使用为现今背光模组大多数的应用方式。

而其所须提供驱动LED的电压也相较比输入电压高；此时升压式转换器(图2)就是一个相当不错的拓扑架构，但因其为升压架构，若有任何异常发生时，异常的高电压输出与高输入电流将是设计人员考虑的必要因素。

图2 升压转换器+多通道 电流平衡

若把需配合电源系统的交流转直流的因素考虑进来，时下返驰式(Flyback)、半桥谐振(LLC)(图3)配合电流均流IC回授控制前级均是目前应用的主流。在此，将针对拓扑端的失效模式与LED端的失效模式应具备的保护机制逐一介绍。其相关LED背光保护机制有OVP、输入过电流保护、输出过电流短路保护、LED开路保护、LED短路保护、过温保护。

图3 多通道电流平衡

输出过电压保护的LED驱动多为升压式转换器(图4)，如未有过电压保护，在回授讯号异常时，输出电压有可能超出元件所能承受电压，造成元件及LED损坏。因此LED驱动器的过电压保护设定保护点须考量LED最大操作电压(图5)，以求能正确保护LED及其他元件，且不会因为LED的零件误差造成保护误动作。

图4 LED驱动器过电压保护区块

图5 LED驱动器过电压保护时段

输入过电压保护主要是保护开关元件N型金属氧化物半导体场效电晶体(NMOS)及防止电感L发生饱和现象(图6)，当输入电流过大时，升压式转换器会强制关闭NMOS(图7)，限制最大输入电流。

图6 LED驱动器过电流保护区块

图7 LED驱动器过电流保护时机

输出过电流短路保护(图8)是当升压式转换器的二极体(Diode)未连接或输出短路到地时，LED驱动IC会判断回授系统异常，进而关闭LED驱动IC以防止能量继续输出而导致整个转换器的损坏或系统的烧毁(图9)。

图8 LED驱动器短路保护区块

图9 LED驱动器短路保护时机

LED开路保护是由于LED因本身品质不良或光条连接系统间，发生连接不良开路现象时(图10)，VD电压会接近0伏特(V)，此时Boost升压转换器会因无侦测到回授讯号进而将输出电压Vout提高，如未有LED开路保护将异常回路从升压转换器回授控制中隔离，则多余电压会跨于正常工作的LED驱动或外部稳流NMOS上(图11)，其公式为：PD=ILED×Ve。将会造成元件过热的问题发生。

图10 LED驱动器开路保护区块

图11 LED驱动器开路保护时机

LED短路保护的用途是LED因线间连结接触问题或是LED品质不良，LED发生短路；当LED短路发生时(图12)，多余电压会跨在LED驱动或外部稳流NMOS上，其公式为PD=ILED×VLED-Short。当LED短路颗数过多时，LED驱动及NMOS会有过温的现象发生(图13)。

图12 LED驱动短路保护区块

图13 LED驱动器短路保护时机

检测温度功能可避免照明中断

过温度保护的过温度失效模式约来自于两大部分，首先是使用高亮度LED做光源时，相对的其产生的热也较高。当此类LED在应用时，虽可发出足够的光及有效减少LED的使用数目，但其所产生的另一个副作用即是热。在正常的使用条件下，多少LED电流会对LED产生多高的温度是可预期的。但当故障发生时，过高的温度会使LED的亮度产生衰减甚至会损坏LED，此时IC须有侦测温度的功能，当侦测到异常高温时，可降低LED电流而降低亮度使其温度降低，待温度持续降低到可接受值时，再提高LED的亮度，此保护功能可避免因异常温度引起的照明中断；相对的亦可停止LED输出电流的供应使照明中断。其次，当LED短路或其他使IC本身发生异常之高温，此时须由IC本身之过温度保护侦测动作来保护异常动作的持续发生，以避免相关的安全性问题发生。

兼顾高LED驱动电流/电流平衡　高整合度解决方案大展身手

LED取代冷阴极灯管(CCFL)做为背光源应用于笔记型电脑、桌上型显示器、电视等10寸以上大尺寸面板，其LED背光源模组的背光驱动IC保护功能整合就更显得格外重要，综观上文叙述， LD7889能够针对拓扑之输入、输出与LED背光提供一完整且全面的保护，且其为一将升压架构与电流平衡高度整合的LED解决方案，可以针对各串LED电流提供高精度之电流平衡度(<2%)，高led电流之驱动能力，如每一个led串=240毫安培(ma)，对于三维(3d)的应用也能提供如2毫秒(ms)，400毫安培>

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