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，核電政策卻出現了不斷變化；雖然熒光燈及緊湊型熒光燈(CFL)可以節約一定能源，但所使用的汞引發了越來越多的顧慮，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，業界越來越將目光轉向更環保的高能效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擁有比現有技術(白熾燈、鹵素燈和緊湊型熒光燈)更高的光效；預計未來幾年LED成本將持續下降，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照明產業發展。例如，中國國家發改委近期發布了《半導體照明節能產業規劃》，規劃到2015年LED功能性照明產品市場占有率達20%以上，LED照明節能產業產值年增長30%左右，2015年產值達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。

 

安森美半導體聚焦“通用照明”

安森美半導體涉足LED照明的眾多細分市場，如汽車、移動設備、LCD背光和標識，為這些細分市場提供多種不同的LED照明方案。

 

例如，在汽車LED應用中，安森美半導體提供汽車級照明方案，用于汽車中的不同照明子系統，包括前照燈、日間行車燈(DRL)及信號燈；反光鏡；霧燈；內部照明(車頂燈、地圖燈、閱讀燈、環境燈)；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)。

 

除了這些應用，通用照明將是安森美半導體在LED照明市場的發展重點。就LED通用照明而言，預計2014年LED燈泡下降到10美元以下的轉折點，到2015年，LED燈泡出貨量將達到39億只。預計中國將成為增長速度較快的LED通用照明市場，高能效LED驅動器及智能照明是其中一些重點領域；預計商業/工業細分市場將帶引智能照明方案的采用。安森美半導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年的獨立驅動器到目前的完整LED通用照明方案的轉變。

 

通用照明LED驅動器的挑戰

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；戶外及基礎設施(75 W – 250 W)，如13,000 lm的150 W金鹵燈。

 

這些LED驅動器遇到了許多挑戰：能效至關重要，因為固定燈泡形狀可導致散熱受限；燈泡內的空間有限，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；必須減少驅動器電子電路的構成材料來增加剩余空間；驅動器需要優化，以配合不同照明及功率要求。

 

LED驅動器的挑戰

 

LED驅動器的挑戰還有LED配置(LED數量/驅動電流)影響拓撲結構的選擇；燈泡類型影響散熱片設計，并極大地影響系統選擇，如能效目標、可用空間；影響選擇隔離或是非隔離拓撲結構的因素包括：LED選擇、安規、機械設計專知及技術；LED制造商快速創新，推出新的LED配置及設計(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“智能照明”的優勢，因為LED易于控制及調光；電子電路可增加多種新功能，如內置占用情況(occupancy)傳感器、根據環境光來調整亮度來省電、無線接口無須改變開關或線纜；省電技術以及便利及安全。但是，“智能”照明要求AC-DC LED驅動器IC的設計必須能夠輕易配合模擬及數字(PWM)調光；采用低能耗無線接口，如IrDA紅外、ZigBee及低能耗藍牙(Bluetooth LE)；無線控制標準就位，如ZigBee Light Link™；易于使用器件來測量環境光，并檢測人類活動(如使用無源紅外傳感器)。

 

“智能照明”的優勢

 

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

 

智能調光

 

用于調光控制的傳感器是占用情況傳感器，能確定照明區域是否有人，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用，測量環境光來采集日光。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)系統來檢測是否存在受體。

 

無源紅外(IR)系統

 

利用環境光傳感器(ALS)可對光敏感的硅光電二極管區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。

 

環境光傳感器的作用

 

環境光傳感器技術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化針對特定波長或色溫的光響應。其設計提供了類似人眼的光響應，可針對熒光燈響應進行優化，濾除50/60 Hz紋波。

 

在“智能照明”中，環境光傳感器可配合戶外(黃昏/黎明)及室內(日光采集)來調光，因而節省能源；閉環控制LED光源可調節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節能節省及延長驅動器的使用壽命。

 

在安森美半導體和其它廠商的努力下，智能燈泡及LED模塊即將出現。傳統“插座”限制了LED的優勢，新方案能解決熱管理、光學及模塊化/替代問題；驅動器可以集成或者外置，使專有方案轉向標準化(Zhaga)。

 

結論

LED照明正在快速發展，智能照明、環境感光設計以及智能模塊化已經成為LED光源發展的趨勢之一，至關重要的是根據LED選擇及設計來選擇能為同類燈泡替代應用使用的多種驅動器拓撲結構。另外，燈泡設計及系統成本受機械、光學設計及驅動器拓撲結構折衷取舍的影響。即將出現的智能LED燈泡及LED照明引擎，以及安森美半導體提供的陣容廣博、相輔相成的方案有助于實現下一代LED照明設計。