LED照明驱动IC数字化、智能化进程加速

    根据LEDinside的统计预测，2015年全球LED照明行业总产值将达到257亿美元，增长率约为30%左右，占整体照明市场份额的31.3%。伴随市场总量的放大，终端客户对于产品品质和价格的要求越来越高，行业洗牌、优胜劣汰的趋势也更加明显。谈到2015年市场成长的机会点，业内人士普遍看好的是：以良好调光兼容性为卖点的产品、有利于自动化生产的光源电源一体化模组、可融入家庭智能网络并带有智能控制接口的灯具，以及具备特殊光谱输出的特种灯具等。作为LED灯具的“心脏”，电源驱动IC的开发亟待增添更多的技术创新，无论是芯片的设计、制造和封装工艺，还是数字控制和智能化技术的运用等，都需要提供更成熟而完善的解决方案，从而为真正高品质、绿色节能的LED照明系统奠定基础。

    提升集成度、降低BOM成本

    纵观目前LED照明电源市场的发展，在LED替代灯领域，主流方案是单级非隔离恒流源；中小功率灯具类，主流方案为单级非隔离PFC恒流源，而高端灯具里，在恒流源之后会加入一级去纹波线路，以实现高PF无频闪的功能；在大功率户外照明，PFC加反激或谐振变换器的两级结构是市场的主流。针对这些LED照明驱动电路的演进，特别是在民用市场，驱动IC的竞争焦点集中体现在更高的集成度、更少的外围器件数量，以及更高的产品性价比等方面。

    对此，恩智浦半导体高级产品应用工程师祁丰表示：“对室内照明来说，提高芯片的集成度，减少外围元器件，降低BOM成本，易于散热、排版以及自动化生产的封装，齐全的保护功能，丰富的调光接口是对驱动IC的总体要求。如何缩减变压器、电容器等插件元器件的使用，有利于实现自动化生产，将会是驱动IC研发的重点。”据介绍，恩智浦目前一方面针对替代灯应用，推出了低成本解决方案，同时在高端商用照明和外置电源方面，推出了基于数字控制的调光平台，以及首款线性调光驱动方案。在中|功率灯具应用中，恩智浦则推出了基于数字控制的芯片方案，在较宽的输入输出电压下提供高输出电流精度，高功率因数，低THD，低待机功耗，带模拟和数字调光接口，并支持隔离/非隔离的多种拓扑。

    “从表面上看，产品价格已成为目前市场竞争的主要焦点，但实际上依然是技术创新上的竞争。”矽力杰半导体技术(杭州)有限公司现场应用总监黄得会说：“LED照明的发展将从‘替代’转向‘创新’，矽力杰目前LED照明驱动IC产品线的开发方向是针对客户设计的简洁化要求，在保持外围电路简单、体积小、效率高的同时，通过自有制造工艺的优势，提高产品集成度，从系统上降低BOM成本，让产品的整体性价比更优，并根据LED照明应用的需求变化，提供更完善的系统解决方案，来适应不同的终端市场。”

    就LED电源设计的三大关键因素——成本、空间和效率，Marvell公司LED事业部总经理兼技术总监张万峰提到，驱动IC及外围器件的成本降低主要取决于来自终端市场的压力和技术创新带来的可能性，芯片的高度集成将带来更小的电源体积，且在提高产品性能的同时，减少外围器件，缩减物料成本和节省体积。另据悉，2015年下半年Marvell将计划推出采用简约化拓扑结构的第三代产品，进一步减小尺寸并使BOM成本降低20~30%，并支持ZigBee、蓝牙、Wi-Fi等无线照明方案，同时提升驱动效率。

    在对高PF值无频闪方案的优化方面，杭州士兰微电子股份有限公司电源及功率驱动产品线高级产品经理王栋表示，现在用户即要求驱动方案要有高PFC，又不能有单级PFC固有的频闪现象，且对成本也有限制，因此无频闪方案应按照成本和性能要求的不同，采用不同的方法去解决。今年士兰微电子会推出低THD(10%以下)方案，且外围不增加成本；可适用于隔离和非隔离应用的无频闪方案；以及兼容DLT数字调光的智能照明方案等。

    数字控制促进智能平台搭建

    在传统光源的LED替换型驱动方案已基本定型，市场竞争更多受制于生产能力及IC工艺制造成本的前提下，替换型LED驱动方案利润偏低，迅速找到新的业务增长点是不同驱动IC厂商所共同面临的课题。这引发了LED市场的另一波建设热潮，即智能照明成为了时下众多驱动IC、电源、灯具、互联网、智能家居等企业纷纷看好的最具有市场活力及开发价值的方向，这一发展将借助各种基于AC电源线的有线调光模式(如切换开关调光和Ledotron/IEC62756-1数字调光标准)，以及蓝牙、ZigBee、Wi-Fi等无线照明控制技术，加快对LED照明市场的改装升级。

    Dialog半导体有限公司固态照明产品营销总监HubieNotohamiprodjo指出，市场对LED驱动器IC的最新需求是与智能控制器之间的无缝对接，各种控制方案竞相出现，例如：基于DALI数字标准(IEC标准60929)的有线控制方案，让用户互换不同厂商生产的可调光型电子镇流器；以及新的Ledotron/DLT(IEC62756-1)数字调光标准。

    “我们看到，市场对I2C、SPI、PWM等数字接口需求的上升，”Notohamiprodjo进一步介绍说，“这些接口可方便地与所有支持智能照明协议的无线收发器进行通信，其中包括蓝牙、ZigBee、Z-Wave、Wi-Fi等现有无线标准和专有无线协议的无线照明控制技术。”Dialog专为各类智能照明应用而设计的smarteXiteiW6401LED驱动器采用基于电源线的调光控制技术，支持Ledotron/DLT(IEC62756-1)数字调光标准，同时内置I2C总线，能够无缝整合到蓝牙智能、ZigBee、Z-Wave等多种形式的数字及无线网络中，且可通过智能手机或平板电脑进行照明控制。

    最近，Dialog还推出了两款数字驱动器平台，iW3688采用数字控制技术消除了灯泡设计中20个外部组件，包括外部泄放电路所需的10个组件，以最低的BOM成本改善了切相调光性能及数字调光器兼容性。另外，为了解决低压照明应用中(常见的小型MR16灯泡)的变压器和调光器兼容性问题，其iW3662LED驱动器采用正在申请专利的控制技术通过先进的分析功能检测所安装的变压器，动态增加峰值负载，即使在低调光范围期间，也能维持LED灯泡的高效率，并且采用数字技术以较低的成本实现了良好的调光兼容性(与TRIAC和数字调光器)，调光表现佳且无闪烁，可将光输出降至5%。

    从当前正热的物联网建设角度，张万峰也强调驱动IC迈向数字化和智能化的必要性。“数字化就是把智能控制融入LED当中，使智能照明和智能家居更为紧密地联系起来，这种结合也会加速LED照明的普及化。另一方面，随着物联网的兴起，越来越多传感器和智能家电的互联，不仅能加强用户体验，也会促进LED和智能家居的应用，灯具在家居中所占的比重非常大，可以说整个智能家居场景中，单项应用最大的就是照明，因此智能照明的潜力巨大。”

    围绕创新LED驱动器IC、低功耗ZigBee联网和低成本Wi-Fi网关，Marvell目前可提供包括灯泡驱动控制、无线网关、云端和APP在内的四位一体智能照明解决方案，并且建立了包括ODM厂商和系统软件合作伙伴在内的生态系统，可面向终端市场提供“交钥匙”解决方案，帮助LED照明OEM/ODM厂商快速推出智能照明产品。

    “去电源化”还需假以时日

    长期以来，“去电源化”LED照明设计都是业内热议的话题之一。“但实际上，‘去电源化’并非是不要驱动电路的交流LED，而是希望去掉PCB版，”王栋说，“也就是将驱动电路直接贴在灯板上，因此要求驱动方案的效率要更高，外围元器件要简单，元器件体积要小，但前期业内一些高压线性恒流方案由于效率较低和发热等问题并没有被广泛采用。”士兰微计划将在2015年推出高效、小体积的“去电源化”方案。

    简而言之，现阶段，“去电源化”方案所带来的生产成本降低的优势，还不足以弥补由此所带来的性能/BOM成本/可靠性上的劣势。祁丰分析道，市面上很多所谓的“去电源化”方案都存在着输出电流低频纹波较大而影响LED寿命和光学性能、调光兼容性差、抗浪涌能力较差、需要使用到一些特殊的贴片元器件而增加驱动成本、同等流明输出情况下需要的LED数量更多而增加系统成本等等缺陷。但由于市场对于低成本和大规模自动化生产的追求始终存在，令到“去电源化”方向将继续成为LED领域的开发热点。

    张万峰也表示道：“就目前的技术、材料和器件的物理特性，要完全实现标准的LED照明的‘去电源化’是不现实的。多家不同的半导体公司和照明公司在这方面都作过许多有益的尝试，这种探索会继续下去，也体现出了LED照明行业的创新能力。LED照明‘去电源化’的最终实现将取决于驱动技术、器件封装和散热技术、新材料的突破。”

    LED照明电源涉及到复杂的电路设计和制造工艺，LED照明的“去电源化”是为了更便于LED灯具或光源的设计，通过技术突破、工艺改进，使得驱动电路更小型化、集成化，更便于应用。而对于现阶段的开发，黄得会认为，市场对产品最直观的认可仍然在于安全可靠和性价比高，因此这意味着“去电源化”开发必须要考虑到产品可靠性、稳定性，以及人工成本、研发成本等多个方面。