Marvell三大創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)技術(shù)加速LED照明進(jìn)入大眾市場(chǎng)

21ic訊 在不久前落下帷幕的美國(guó)拉斯維加斯消費(fèi)電子展(CES 2013)上，Marvell聯(lián)合多個(gè)合作伙伴，以“智能家庭”系列產(chǎn)品為主題，推出了多項(xiàng)領(lǐng)先產(chǎn)品。而LED照明作為更加環(huán)保智能的照明方式，在“智能家庭”中扮演了重要的角色。不僅如此，在商業(yè)照明領(lǐng)域，LED照明的普及也在加速。盤(pán)點(diǎn)剛剛過(guò)去的2012年LED照明市場(chǎng)，被業(yè)內(nèi)人士形象地稱為“黑馬”的Marvell公司在眾多LED驅(qū)動(dòng)方案商中脫穎而出，引發(fā)廣泛關(guān)注。

日前，Marvell公司Green Technology Product技術(shù)營(yíng)銷總監(jiān)Lance Zheng先生專程從美國(guó)飛到中國(guó)參加了由易維訊信息咨詢主辦的“2013產(chǎn)業(yè)和技術(shù)媒體研討會(huì)”，特別分享了他對(duì)未來(lái)幾年LED照明市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)和創(chuàng)新方向的看法(圖1)。

圖1. Marvell公司參加在“2013產(chǎn)業(yè)和技術(shù)媒體研討會(huì)”LED主題的演講和展示。

LED照明市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)

目前，Marvell LED照明市場(chǎng)的劃分策略是室內(nèi)照明和商業(yè)照明兩部分。Lance對(duì)LED室內(nèi)照明市場(chǎng)發(fā)展趨勢(shì)提出了3點(diǎn)預(yù)測(cè)：首先，得益于LED燈具價(jià)格的不斷下降，2014-2015年LED照明將會(huì)進(jìn)入爆發(fā)式增長(zhǎng)階段。其次，整個(gè)市場(chǎng)將從非調(diào)光轉(zhuǎn)到調(diào)光。最后，無(wú)線可調(diào)光LED燈出現(xiàn)。

“2012年LED燈成本不斷下探。在美國(guó)市場(chǎng)，主流的60W 可調(diào)光LED燈泡價(jià)格已經(jīng)由2011年的$40/只降到$20/只，2013年還會(huì)降至$10/只，而到2015年預(yù)計(jì)會(huì)到達(dá)$5/只的替代臨界價(jià)格。所以2013年將是這一市場(chǎng)的關(guān)鍵年，而整個(gè)室內(nèi)照明市場(chǎng)將在2014-2015年進(jìn)入爆發(fā)式增長(zhǎng)階段。” Lance表示。

他還指出，成本在非調(diào)光燈泡和調(diào)光燈泡之間的差異正變得越來(lái)越小，主要的成本差別在于驅(qū)動(dòng)。例如Marvell的驅(qū)動(dòng)方案調(diào)光與非調(diào)光的成本差異僅為20%，所以這推動(dòng)了LED照明市場(chǎng)轉(zhuǎn)向調(diào)光。在美國(guó)，所有主流的零售渠道已經(jīng)都轉(zhuǎn)向調(diào)光方案，“去年，飛利浦推出了智能照明系統(tǒng)Hue，雖然價(jià)格非常高，但是市場(chǎng)的反映非常好。智能照明系統(tǒng)在2013年將會(huì)得到進(jìn)一步發(fā)展。”

至于LED商業(yè)照明市場(chǎng)的發(fā)展趨勢(shì)，Lance指出：第一、產(chǎn)業(yè)普及化在加速，如采用LED燈的商場(chǎng)、酒店、零售業(yè)、戶外裝置在增多，“舉個(gè)例子，如美國(guó)的沃爾瑪超市已經(jīng)全面采用LED照明，其使用的Cree最新的LED照明燈具的商業(yè)回報(bào)周期已經(jīng)縮短至1年左右。”

第二、基于DALI(數(shù)字化可尋址調(diào)光接口)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字調(diào)光也開(kāi)始在商業(yè)照明方面普及。DALI在10年前起源于歐洲，現(xiàn)在正得到普及和加速增長(zhǎng)，在LED領(lǐng)域已經(jīng)站穩(wěn)了腳跟，并從歐洲向亞洲轉(zhuǎn)移。它針對(duì)LED特定的功能，不只是調(diào)光，也可以調(diào)色。

LED照明走向大眾化的三只“攔路虎”

盡管LED燈泡的價(jià)格在不斷下降，但LED照明對(duì)普通消費(fèi)者而言現(xiàn)在依然是昂貴的。成本居高不下，并且LED驅(qū)動(dòng)電路的體積過(guò)大，成為L(zhǎng)ED照明走向大眾的第一只“攔路虎”。

如下圖2所示，替代可調(diào)光A19 60W 燈泡的LED 燈泡成本目前在$7-8左右。而這其中LED光源和驅(qū)動(dòng)的成本占整個(gè)LED燈泡成本的第一和第二位。好消息是去年LED光源的價(jià)格下降了很多，不過(guò)由于以往LED驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)還沒(méi)有很大的革新，所以LED燈泡的成本還是一直居高不下。

圖2. LED光源和驅(qū)動(dòng)的成本占整個(gè)LED燈泡成本的第一和第二位。

而LED驅(qū)動(dòng)電路的體積也是個(gè)問(wèn)題。日本是LED照明消費(fèi)最大的國(guó)家之一，其最普及的燈泡E-17體積非常小。還有在歐洲非?；鸬腉U10燈泡，同樣體積非常小。而受限于有限的空間加之對(duì)LED散熱的要求，要將LED驅(qū)動(dòng)電路放進(jìn)E-17或GU10這樣小的燈泡是非常困難的事情。

LED照明走向大眾的第二只“攔路虎”就是和現(xiàn)有照明架構(gòu)的兼容性問(wèn)題。這里最重要的就是可控硅調(diào)光器(dimmer)。市場(chǎng)上各種各樣的調(diào)光器內(nèi)部的工作原理并沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。所以，當(dāng)把LED驅(qū)動(dòng)電子放入LED燈泡中時(shí)，就很難與各種調(diào)光器兼容。

“大家知道可控硅調(diào)光是非常古老的技術(shù)，它主要是給白熾燈使用的。一般的消費(fèi)者去購(gòu)買(mǎi)時(shí)，并不懂得把與其配套的調(diào)光器換掉。所以，當(dāng)你用LED燈泡替換掉白熾燈燈泡的時(shí)候，性能就會(huì)有影響。例如，當(dāng)你裝了LED燈泡后，你會(huì)發(fā)現(xiàn)調(diào)到最低的時(shí)候并不是那么低，還可能會(huì)閃爍，更糟的是當(dāng)調(diào)到光源最低時(shí)就再啟動(dòng)起不來(lái)。這就給消費(fèi)者的使用帶來(lái)很大的不便。”Lance進(jìn)一步指出。

LED照明走向大眾的第三只“攔路虎”當(dāng)屬消費(fèi)者意愿。說(shuō)LED可以節(jié)能、省電費(fèi)，但是只有推出不一樣的產(chǎn)品，才能激發(fā)消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)欲望。“消費(fèi)者期望值很高。畢竟一個(gè)白熾燈的價(jià)格低于50美分，而LED燈泡是10美金，所以消費(fèi)者對(duì)附加值的期望就很高了，就像當(dāng)初蘋(píng)果iPhone推出時(shí)一樣。而Marvell的驅(qū)動(dòng)方案不只能夠調(diào)光、還能夠調(diào)色，若將這種額外的價(jià)值提供給消費(fèi)者，就會(huì)讓他們覺(jué)得買(mǎi)的值!” Lance表示。

LED照明普及化的關(guān)鍵在于LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新

面對(duì)上述LED照明普及化過(guò)程中的諸多挑戰(zhàn)，對(duì)策又是什么呢?

“我們認(rèn)為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)電子在整個(gè)LED照明商業(yè)普及化過(guò)程中擔(dān)任了最重要的角色。原因有三：第一、LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)是確保和現(xiàn)有照明系統(tǒng)兼容的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù);第二、對(duì)LED照明的成本也很重要(LED驅(qū)動(dòng)成本位居整個(gè)LED照明成本的第2位);第三、是否能夠增進(jìn)用戶的體驗(yàn)?” Lance指出。

創(chuàng)新一：數(shù)?；旌霞軜?gòu)可輕松實(shí)現(xiàn)業(yè)界最好的調(diào)光效果

既然LED照明普及化的關(guān)鍵在于LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)的創(chuàng)新，那么接下來(lái)就來(lái)看看Marvell在這方面都做了什么?

數(shù)?；旌霞軜?gòu)是Marvell在LED驅(qū)動(dòng)技術(shù)上的重要?jiǎng)?chuàng)新之一，所謂混合架構(gòu)就是每個(gè)芯片里面都有DSP內(nèi)核，可以運(yùn)行算法。除了DSP內(nèi)核，芯片內(nèi)部還有一個(gè)OTP，內(nèi)存可編程。程序并不需要用戶自己寫(xiě)入，而是有一個(gè)開(kāi)發(fā)工具，其中所有的算法都是固化的。有了這個(gè)OTP就可以調(diào)整驅(qū)動(dòng)芯片的調(diào)光曲線。另外一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在于，與利用單片機(jī)運(yùn)行算法不同，這不需要開(kāi)發(fā)軟件。

以Marvell在去年推出的單級(jí)LED驅(qū)動(dòng)IC 88EM8183為例，其采用了Marvell獨(dú)特的混合信號(hào)架構(gòu)和先進(jìn)的調(diào)光控制技術(shù)，在算法和架構(gòu)上擁有幾十項(xiàng)專利技術(shù); 88EM8183可以通過(guò)編程O(píng)TP和改變外圍電阻進(jìn)行調(diào)光曲線調(diào)整?？善交貙?shí)現(xiàn)低至1% LED電流的深度調(diào)光，相比之下，同類LED驅(qū)動(dòng)器解決方案一般僅能實(shí)現(xiàn)10%至20%的調(diào)光。以這種幅度調(diào)光，人眼感覺(jué)不到光強(qiáng)有很大的變化，因此88EM8183顯著提高了性能。它是業(yè)界調(diào)光度和性價(jià)比最好的方案，調(diào)光效率可高達(dá)90%，高功率因數(shù)(高達(dá)0.99)，低總諧波失真(小于15%)。

88EM8183還與絕大部分(TRIAC)壁式調(diào)光器兼容，無(wú)論是前切、后切調(diào)光器，還是數(shù)字調(diào)光器。其調(diào)光器的兼容度可以達(dá)到90%，而競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手中，做得好的靠近70% 到80%，一般在60%以下。

特別值得一提的是，88EM8183還能夠提供寬范圍的輸出功率平臺(tái)，并提供客戶調(diào)光和非調(diào)光、高壓和低壓統(tǒng)一平臺(tái)?；?8EM8183的商用筒燈也已經(jīng)推向市場(chǎng)。

下圖3所示為關(guān)于Marvell數(shù)?；旌霞軜?gòu)應(yīng)用的另一個(gè)例子。這是基于Marvell 88EM8801的雙串智能LED驅(qū)動(dòng)方案。應(yīng)用此方案，可以實(shí)現(xiàn)色溫的調(diào)節(jié)、高色顯指數(shù)、高能效，能夠提供最優(yōu)的接近白熾燈的照明質(zhì)量。

圖3. 基于Marvell數(shù)?；旌霞軜?gòu)雙通道LED驅(qū)動(dòng)器實(shí)現(xiàn)的雙串智能LED方案框圖。

創(chuàng)新二：更小尺寸、更低BOM成本、更高效率的Buck-boost非隔離方案

前文提到，為了幫助OEM和ODM適應(yīng)各種外形尺寸的LED燈，例如A19、PAR、BR、E17, GU10和Candle，而且不會(huì)有損調(diào)光性能，要求LED驅(qū)動(dòng)電路板面積盡可能的小。通過(guò)采用Marvell的新型混合信號(hào)架構(gòu)和信號(hào)處理技術(shù)，及盡可能多的將模擬器件集成到LED驅(qū)動(dòng)芯片內(nèi)部，88EM8183可實(shí)現(xiàn)將LED驅(qū)動(dòng)電源所需組件數(shù)減少一半以上，從而極大地減小了所需的電源體積。

特別需要提到的是，除了Fly-back 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu), 88EM8183還可以支持Buck-boost拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，這是一種非隔離的驅(qū)動(dòng)解決方案，驅(qū)動(dòng)電路尺寸可以比Fly-back拓?fù)涓?、BOM成本更低許多，而驅(qū)動(dòng)效率則更高許多。

“我們建議客戶在高電壓低電流LED負(fù)載采用非隔離解決方案，這樣驅(qū)動(dòng)效率將達(dá)到最大化。”Lance強(qiáng)調(diào)，“88EM8183非隔離方案可以直接用在GU10, Candle 和EE17 等非常小尺寸標(biāo)準(zhǔn)的燈泡中，支持這些小尺寸燈泡是優(yōu)于市面上其他解決方案的擴(kuò)展應(yīng)用。”而眾所周知，GU10和Candle是目前出貨量最大的最主流LED燈泡，同時(shí)也是各大OEM以及ODM廠商遲遲無(wú)法找到合適方案的最棘手的產(chǎn)品。

Marvell 目前提供88EM8183非隔離驅(qū)動(dòng)方案的完整電路板參考設(shè)計(jì)，可支持各類輸出范圍應(yīng)用，而且非常容易導(dǎo)入生產(chǎn)，可幫助客戶達(dá)到非常低的PPM(如下圖4所示)。

圖4 Marvell提供基于88EM8183的非隔離驅(qū)動(dòng)方案的完整電路板參考設(shè)計(jì)。

Lance指出：“我們今年剛推出的Buck-boost非隔離方案可以說(shuō)是業(yè)界性能最高，成本最低的方案，驅(qū)動(dòng)成本比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手平均少20-40%。”

創(chuàng)新三：在LED驅(qū)動(dòng)中加入智能網(wǎng)絡(luò)控制

Marvell聯(lián)合創(chuàng)始人之一戴偉立女士在CES 2013上曾表示，Marvell將在2013年進(jìn)一步發(fā)揮強(qiáng)大整合實(shí)力，為消費(fèi)者提供美滿互聯(lián)的生活。這里的互聯(lián)是關(guān)鍵，而將網(wǎng)絡(luò)控制功能加入LED驅(qū)動(dòng)就能才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的智能照明。

基于前文提到的全球第一款雙通道智能LED驅(qū)動(dòng)芯片88EM8801，Marvell在2012年就開(kāi)發(fā)了一個(gè)業(yè)界唯一的智能驅(qū)動(dòng)架構(gòu)(Smart LED Driver)，其好處具體來(lái)說(shuō)是可以選擇不同的配置方案。

圖5. Marvell智能LED驅(qū)動(dòng)架構(gòu)及參考設(shè)計(jì)

Lance在本次媒體研討會(huì)上暢想了幾個(gè)應(yīng)用：“LED燈泡本來(lái)已經(jīng)節(jié)能了，加上控制后會(huì)更加節(jié)能。例如今天加班比較晚，就可以利用手機(jī)將家里的燈關(guān)掉，在到家前5分鐘再開(kāi)啟，這不光是節(jié)能，而且非常方便。在美國(guó)還有一個(gè)性能，全家度假時(shí)怕小偷上門(mén)，就可以把燈打開(kāi)，一定程度上防止小偷光顧。”

“因?yàn)楝F(xiàn)在市面上有很多不同的控制方案(Marvell都擁有)。可是客戶需求會(huì)有差異，所以我們出臺(tái)的該架構(gòu)，通過(guò)更換接口統(tǒng)一的控制模塊，實(shí)現(xiàn)不同控制方案的兼容和替換” Lance進(jìn)一步指出。

基于這樣的架構(gòu)，Marvell設(shè)計(jì)了DALI的控制平臺(tái)。如下圖9所示。Marvell DALI軟件支持最新版本的DALI標(biāo)準(zhǔn)。DALI端點(diǎn)堆棧提供配置、分組調(diào)度、場(chǎng)景管理，并與Marvell 88EM8801集成以提供各種照明控制功能，包括打開(kāi)/關(guān)閉控制、深度數(shù)字調(diào)光、CCT控制、溫度補(bǔ)償、校正、照明裝置監(jiān)控和能耗估算。此外，這套DALI控制架構(gòu)還可實(shí)現(xiàn)對(duì)基于Web Serve 的管理用戶界面控制

圖6.Marvell智能照明平臺(tái)——DALI(商業(yè)照明)。

對(duì)于室內(nèi)照明平臺(tái)，“ Marvell計(jì)劃在今年下半年會(huì)推出基于Zigbee Light Link (ZLL)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的方案，作為一種低功耗、低成本技術(shù)，它在Marvell LED照明平臺(tái)等智能家庭相關(guān)產(chǎn)品，將會(huì)得到很好地應(yīng)用。”Lance表示。

圖7.Marvell智能照明平臺(tái)——ZigBee(室內(nèi)照明)

Lance在演講最后總結(jié)道：“自我們?nèi)ツ晖瞥龅谝豢钌疃日{(diào)光的驅(qū)動(dòng)芯片以來(lái)，市場(chǎng)反饋非常好，主流的照明公司或者已經(jīng)量產(chǎn)，或者正在準(zhǔn)備量產(chǎn)。中國(guó)市場(chǎng)對(duì)Marvell是非常重要的一部分，因?yàn)檎麄€(gè)LED照明產(chǎn)業(yè)中有90%企業(yè)在中國(guó)。我們也會(huì)持續(xù)投入支持資源，幫助推動(dòng)LED照明的普及，助力中國(guó)LED照明產(chǎn)業(yè)成長(zhǎng)。”