安森美半导体配合LED通用照明及LED“智能照明”市场发展

时至今日，电力需求在不断上升，白炽灯泡被禁止使用迫在眉睫，核电政策却出现了不断变化；虽然荧光灯及紧凑型荧光灯(CFL)可以节约一定能源，但所使用的汞引发了越来越多的顾虑，估计美国的垃圾填埋场每年处理6亿个荧光灯，相当于15,000千克的汞废料；而一茶匙量的汞就可以污染81,000平方米的湖水。因此，业界越来越将目光转向更环保的高能效LED照明。

LED照明的进展及中国政策动向

目前，LED的特性得到了大幅改善，LED筒灯和改装灯泡已经拥有比现有技术(白炽灯、卤素灯和紧凑型荧光灯)更高的光效；预计未来几年LED成本将持续下降，可降低LED灯泡及灯具的成本；与2010年的研究相比，LED价格已经加速下降(每年下降13%至24%)。

在政策方面，世界上多个国家出台政策鼓励LED照明产业发展。例如，中国国家发改委近期发布了《半导体照明节能产业规划》，规划到2015年LED功能性照明产品市场占有率达20%以上，LED照明节能产业产值年增长30%左右，2015年产值达4,500亿人民币(720亿美元)；而且，到2015年60 W以上普通照明用白炽灯泡将全部淘汰。

安森美半导体聚焦“通用照明”

安森美半导体涉足LED照明的众多细分市场，如汽车、移动设备、LCD背光和标识，为这些细分市场提供多种不同的LED照明方案。

例如，在汽车LED应用中，安森美半导体提供汽车级照明方案，用于汽车中的不同照明子系统，包括前照灯、日间行车灯(DRL)及信号灯；反光镜；雾灯；内部照明(车顶灯、地图灯、阅读灯、环境灯)；仪表盘背光；尾灯(中央高位停车灯(CMHSL)、尾灯、停车灯、倒车灯、组合尾灯)。

除了这些应用，通用照明将是安森美半导体在LED照明市场的发展重点。就LED通用照明而言，预计2014年LED灯泡下降到10美元以下的转折点，到2015年，LED灯泡出货量将达到39亿只。预计中国将成为增长速度最快的LED通用照明市场，高能效LED驱动器及智能照明是其中一些重点领域；预计商业/工业细分市场将带引智能照明方案的采用。安森美半导体充分利用宽广阵容的模拟电源IC、分立器件及先进微封装，提供与众不同的方案，其中包括从2012年的独立驱动器到目前的完整LED通用照明方案的转变。

通用照明LED驱动器的挑战

通用照明功率范围宽，LED通用照明包括：住宅(3 W – 15 W)，如800 lm的60 W A-19灯泡；商业及建筑物装饰照明(15 W – 75 W)，如2,800 lm的4英尺长T8灯管；户外及基础设施(75 W – 250 W)，如13,000 lm的150 W金卤灯。

这些LED驱动器遇到了许多挑战：能效至关重要，因为固定灯泡形状可导致散热受限；灯泡内的空间有限，需要更大散热片面积的较大功率灯泡尤为如此；LED正在迅速变化，有了众多的选择；必须减少驱动器电子电路的构成材料来增加剩余空间；驱动器需要优化，以配合不同照明及功率要求。

LED驱动器的挑战

LED驱动器的挑战还有LED配置(LED数量/驱动电流)影响拓扑结构的选择；灯泡类型影响散热片设计，并极大地影响系统选择，如能效目标、可用空间；影响选择隔离或是非隔离拓扑结构的因素包括：LED选择、安规、机械设计专知及技术；LED制造商快速创新，推出新的LED配置及设计(高压LED/多LED封装)。

LED“智能照明”透视

此外，LED的特性决定了可以实现“智能照明”的优势，因为LED易于控制及调光；电子电路可增加多种新功能，如内置占用情况(occupancy)传感器、根据环境光来调整亮度来省电、无线接口无须改变开关或线缆；省电技术以及便利及安全。但是，“智能”照明要求AC-DC LED驱动器IC的设计必须能够轻易配合模拟及数字(PWM)调光；采用低能耗无线接口，如IrDA红外、ZigBee及低能耗蓝牙(Bluetooth LE)；无线控制标准就位，如ZigBee Light Link™；易于使用器件来测量环境光，并检测人类活动(如使用无源红外传感器)。

“智能照明”的优势

安森美半导体最新推出的的NCL30082 LED驱动器配备智能调光接口，能以单个控制引脚进行模拟调光、数字调光或同时模拟与数字调光，也能够关闭驱动器，易于连接模拟传感器或MCU通用输入/输出端口(GPIO)，宽调光范围为0-100%。

智能调光

用于调光控制的传感器是占用情况传感器，能确定照明区域是否有人，用于房间入口或出口的省电、安全照明控制。大多数典型传感器使用无源红外检测器，其它传感器选择包括超声波及运动传感器。硅光传感器能用于多种应用，测量环境光来采集日光。光传感器也可用于通过感测灯具光输出来控制LED照明。其原理是采用无源红外(IR)系统来检测是否存在受体。

无源红外(IR)系统

利用环境光传感器(ALS)可对光敏感的硅光电二极管区域进行信号处理及控制，模拟或串行通信接口(I²C或SPI)及中断MCU连接。

环境光传感器的作用

环境光传感器技术采用带有光窗的专门表面贴装封装，可以定制光滤波器来优化针对特定波长或色温的光响应。其设计提供了类似人眼的光响应，可针对荧光灯响应进行优化，滤除50/60 Hz纹波。

在“智能照明”中，环境光传感器可配合户外(黄昏/黎明)及室内(日光采集)来调光，因而节省能源；闭环控制LED光源可调节不同温度及时间条件下的特定光输出；带LED输出光反馈的恒定光输出调节能节省及延长驱动器的使用寿命。

在安森美半导体和其它厂商的努力下，智能灯泡及LED模块即将出现。传统“插座”限制了LED的优势，新方案能解决热管理、光学及模块化/替代问题；驱动器可以集成或者外置，使专有方案转向标准化(Zhaga)。

结论

LED照明正在快速发展，智能照明、环境感光设计以及智能模块化已经成为LED光源发展的趋势之一，至关重要的是根据LED选择及设计来选择能为同类灯泡替代应用使用的多种驱动器拓扑结构。另外，灯泡设计及系统成本受机械、光学设计及驱动器拓扑结构折衷取舍的影响。即将出现的智能LED灯泡及LED照明引擎，以及安森美半导体提供的阵容广博、相辅相成的方案有助于实现下一代LED照明设计。