安森美半導(dǎo)體配合LED通用照明及LED“智能照明”市場發(fā)展

時至今日，電力需求在不斷上升，白熾燈泡被禁止使用迫在眉睫，核電政策卻出現(xiàn)了不斷變化；雖然熒光燈及緊湊型熒光燈(CFL)可以節(jié)約一定能源，但所使用的汞引發(fā)了越來越多的顧慮，估計美國的垃圾填埋場每年處理6億個熒光燈，相當(dāng)于15,000千克的汞廢料；而一茶匙量的汞就可以污染81,000平方米的湖水。因此，業(yè)界越來越將目光轉(zhuǎn)向更環(huán)保的高能效LED照明。

LED照明的進展及中國政策動向

目前，LED的特性得到了大幅改善，LED筒燈和改裝燈泡已經(jīng)擁有比現(xiàn)有技術(shù)(白熾燈、鹵素?zé)艉途o湊型熒光燈)更高的光效；預(yù)計未來幾年LED成本將持續(xù)下降，可降低LED燈泡及燈具的成本；與2010年的研究相比，LED價格已經(jīng)加速下降(每年下降13%至24%)。

在政策方面，世界上多個國家出臺政策鼓勵LED照明產(chǎn)業(yè)發(fā)展。例如，中國國家發(fā)改委近期發(fā)布了《半導(dǎo)體照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)規(guī)劃》，規(guī)劃到2015年LED功能性照明產(chǎn)品市場占有率達20%以上，LED照明節(jié)能產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值年增長30%左右，2015年產(chǎn)值達4,500億人民幣(720億美元)；而且，到2015年60 W以上普通照明用白熾燈泡將全部淘汰。

安森美半導(dǎo)體聚焦“通用照明”

安森美半導(dǎo)體涉足LED照明的眾多細(xì)分市場，如汽車、移動設(shè)備、LCD背光和標(biāo)識，為這些細(xì)分市場提供多種不同的LED照明方案。

例如，在汽車LED應(yīng)用中，安森美半導(dǎo)體提供汽車級照明方案，用于汽車中的不同照明子系統(tǒng)，包括前照燈、日間行車燈(DRL)及信號燈；反光鏡；霧燈；內(nèi)部照明(車頂燈、地圖燈、閱讀燈、環(huán)境燈)；儀表盤背光；尾燈(中央高位停車燈(CMHSL)、尾燈、停車燈、倒車燈、組合尾燈)。

除了這些應(yīng)用，通用照明將是安森美半導(dǎo)體在LED照明市場的發(fā)展重點。就LED通用照明而言，預(yù)計2014年LED燈泡下降到10美元以下的轉(zhuǎn)折點，到2015年，LED燈泡出貨量將達到39億只。預(yù)計中國將成為增長速度最快的LED通用照明市場，高能效LED驅(qū)動器及智能照明是其中一些重點領(lǐng)域；預(yù)計商業(yè)/工業(yè)細(xì)分市場將帶引智能照明方案的采用。安森美半導(dǎo)體充分利用寬廣陣容的模擬電源IC、分立器件及先進微封裝，提供與眾不同的方案，其中包括從2012年的獨立驅(qū)動器到目前的完整LED通用照明方案的轉(zhuǎn)變。

通用照明LED驅(qū)動器的挑戰(zhàn)

通用照明功率范圍寬，LED通用照明包括：住宅(3 W – 15 W)，如800 lm的60 W A-19燈泡；商業(yè)及建筑物裝飾照明(15 W – 75 W)，如2,800 lm的4英尺長T8燈管；戶外及基礎(chǔ)設(shè)施(75 W – 250 W)，如13,000 lm的150 W金鹵燈。

這些LED驅(qū)動器遇到了許多挑戰(zhàn)：能效至關(guān)重要，因為固定燈泡形狀可導(dǎo)致散熱受限；燈泡內(nèi)的空間有限，需要更大散熱片面積的較大功率燈泡尤為如此；LED正在迅速變化，有了眾多的選擇；必須減少驅(qū)動器電子電路的構(gòu)成材料來增加剩余空間；驅(qū)動器需要優(yōu)化，以配合不同照明及功率要求。

LED驅(qū)動器的挑戰(zhàn)

LED驅(qū)動器的挑戰(zhàn)還有LED配置(LED數(shù)量/驅(qū)動電流)影響拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇；燈泡類型影響散熱片設(shè)計，并極大地影響系統(tǒng)選擇，如能效目標(biāo)、可用空間；影響選擇隔離或是非隔離拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的因素包括：LED選擇、安規(guī)、機械設(shè)計專知及技術(shù)；LED制造商快速創(chuàng)新，推出新的LED配置及設(shè)計(高壓LED/多LED封裝)。

LED“智能照明”透視

此外，LED的特性決定了可以實現(xiàn)“智能照明”的優(yōu)勢，因為LED易于控制及調(diào)光；電子電路可增加多種新功能，如內(nèi)置占用情況(occupancy)傳感器、根據(jù)環(huán)境光來調(diào)整亮度來省電、無線接口無須改變開關(guān)或線纜；省電技術(shù)以及便利及安全。但是，“智能”照明要求AC-DC LED驅(qū)動器IC的設(shè)計必須能夠輕易配合模擬及數(shù)字(PWM)調(diào)光；采用低能耗無線接口，如IrDA紅外、ZigBee及低能耗藍牙(Bluetooth LE)；無線控制標(biāo)準(zhǔn)就位，如ZigBee Light Link™；易于使用器件來測量環(huán)境光，并檢測人類活動(如使用無源紅外傳感器)。

“智能照明”的優(yōu)勢

安森美半導(dǎo)體最新推出的的NCL30082 LED驅(qū)動器配備智能調(diào)光接口，能以單個控制引腳進行模擬調(diào)光、數(shù)字調(diào)光或同時模擬與數(shù)字調(diào)光，也能夠關(guān)閉驅(qū)動器，易于連接模擬傳感器或MCU通用輸入/輸出端口(GPIO)，寬調(diào)光范圍為0-100%。

智能調(diào)光

用于調(diào)光控制的傳感器是占用情況傳感器，能確定照明區(qū)域是否有人，用于房間入口或出口的省電、安全照明控制。大多數(shù)典型傳感器使用無源紅外檢測器，其它傳感器選擇包括超聲波及運動傳感器。硅光傳感器能用于多種應(yīng)用，測量環(huán)境光來采集日光。光傳感器也可用于通過感測燈具光輸出來控制LED照明。其原理是采用無源紅外(IR)系統(tǒng)來檢測是否存在受體。

無源紅外(IR)系統(tǒng)

利用環(huán)境光傳感器(ALS)可對光敏感的硅光電二極管區(qū)域進行信號處理及控制，模擬或串行通信接口(I²C或SPI)及中斷MCU連接。

環(huán)境光傳感器的作用

環(huán)境光傳感器技術(shù)采用帶有光窗的專門表面貼裝封裝，可以定制光濾波器來優(yōu)化針對特定波長或色溫的光響應(yīng)。其設(shè)計提供了類似人眼的光響應(yīng)，可針對熒光燈響應(yīng)進行優(yōu)化，濾除50/60 Hz紋波。

在“智能照明”中，環(huán)境光傳感器可配合戶外(黃昏/黎明)及室內(nèi)(日光采集)來調(diào)光，因而節(jié)省能源；閉環(huán)控制LED光源可調(diào)節(jié)不同溫度及時間條件下的特定光輸出；帶LED輸出光反饋的恒定光輸出調(diào)節(jié)能節(jié)省及延長驅(qū)動器的使用壽命。

在安森美半導(dǎo)體和其它廠商的努力下，智能燈泡及LED模塊即將出現(xiàn)。傳統(tǒng)“插座”限制了LED的優(yōu)勢，新方案能解決熱管理、光學(xué)及模塊化/替代問題；驅(qū)動器可以集成或者外置，使專有方案轉(zhuǎn)向標(biāo)準(zhǔn)化(Zhaga)。

結(jié)論

LED照明正在快速發(fā)展，智能照明、環(huán)境感光設(shè)計以及智能模塊化已經(jīng)成為LED光源發(fā)展的趨勢之一，至關(guān)重要的是根據(jù)LED選擇及設(shè)計來選擇能為同類燈泡替代應(yīng)用使用的多種驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。另外，燈泡設(shè)計及系統(tǒng)成本受機械、光學(xué)設(shè)計及驅(qū)動器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)折衷取舍的影響。即將出現(xiàn)的智能LED燈泡及LED照明引擎，以及安森美半導(dǎo)體提供的陣容廣博、相輔相成的方案有助于實現(xiàn)下一代LED照明設(shè)計。