如何順應(yīng)LED通用照明及LED“智能照明”市場發(fā)展
LED照明的進(jìn)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(dá)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(dá)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(dá)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(jìn)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)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(lán)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)。
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(jìn)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%。
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。
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(jìn)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(jìn)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。
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