【導(dǎo)讀】LED照明驅(qū)動技術(shù)一直是照明市場的重中之重，在業(yè)界內(nèi)都是可圈可點的。本文主要追溯LED照明驅(qū)動的發(fā)展現(xiàn)狀與未來藍(lán)圖，歸納總結(jié)可調(diào)光的解決方案，對LED照明驅(qū)動進(jìn)行了細(xì)致的分類。
LED照明驅(qū)動技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在，在業(yè)界已呈現(xiàn)多種解決方案并行的局面，本文主要討論可調(diào)光的LED照明驅(qū)動技術(shù)。總結(jié)所有可調(diào)光解決方案，如果從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上分，可以歸納為兩級AC/DC轉(zhuǎn)換LED電流驅(qū)動方案、單級AC/DC轉(zhuǎn)換LED電流驅(qū)動方案、線性AC/DC轉(zhuǎn)換LED電流驅(qū)動方案；從調(diào)光控制接口上分，可以歸納為切相調(diào)光LED電流驅(qū)動方案(又稱為晶閘管調(diào)光LED電流驅(qū)動方案)和智能接口調(diào)光LED電流驅(qū)動方案(主要分為I2C接口調(diào)光和PWM接口調(diào)光兩種)，智能接口控制信號又可以分為ZigBee、藍(lán)牙、Wi-Fi芯片的相關(guān)接口。綜上所述，LED照明驅(qū)動技術(shù)的相關(guān)分類可詳見圖1。
圖1：LED調(diào)光拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和調(diào)光控制分類
可調(diào)光解決方案的發(fā)展兩級AC/DC轉(zhuǎn)換LED電流驅(qū)動方案曾經(jīng)由于良好的性能和無輸出電流紋波而被業(yè)界所廣泛接受，但是這種方案成本太高。在2012年Marvell公司成功推出性能優(yōu)越的單級AC/DC轉(zhuǎn)換LED電流驅(qū)動方案EM8183后，兩級AC/DC LED電流驅(qū)動方案逐漸被業(yè)界所放棄。另一方面，線性AC/DC轉(zhuǎn)換LED電流驅(qū)動方案已經(jīng)在技術(shù)領(lǐng)域討論和在業(yè)界存在接近十年之久，這一方案因為其在切相調(diào)光時無法克服的電流紋波和閃爍指數(shù)而始終沒有被業(yè)界接受。目前，單級AC/DC轉(zhuǎn)換LED調(diào)光電流驅(qū)動方案由于其優(yōu)越的性價比已經(jīng)成為LED調(diào)光解決方案的主流。這里主要討論單級AC/DC轉(zhuǎn)換LED電流控制的切相調(diào)光和智能接口調(diào)光解決方案。
單級AC/DC轉(zhuǎn)換電流控制方案
切相調(diào)光(晶閘管調(diào)光)的關(guān)鍵是LED驅(qū)動器在任何工作點都可以提供足夠的擎住電流(Latching Current)和維持電流(Holding Current)。足夠的擎住電流和維持電流是晶閘管在物理上滿足正常工作的條件。在這一基礎(chǔ)上，LED驅(qū)動器在性能上要保證精確的電流控制、足夠的調(diào)光器兼容性、平滑的調(diào)光曲線、足夠?qū)挼恼{(diào)光范圍、足夠低的閃爍指數(shù)等。
LED驅(qū)動器在可靠性上要保證較高的效率、足夠低的熱損耗、無突出熱點和足夠長的產(chǎn)品生命周期。此外，盡量降低LED驅(qū)動器工作時的音頻噪聲也是產(chǎn)品成功的關(guān)鍵之一。在上述這些方面，業(yè)界都有很多相關(guān)的專利技術(shù)。其中Marvel l在這一領(lǐng)域擁有超過70項美國和國際專利保證產(chǎn)品的性能，同時還能保護(hù)公司和客戶的利益。
作為業(yè)界第一個單級AC/DC轉(zhuǎn)換LED電流控制方案，Marvell在2 012年成功推出性能優(yōu)越的切相調(diào)光LED 驅(qū)動芯片EM8183。該驅(qū)動芯片在業(yè)界推出的最初階段即被LED照明領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)所接受和采用。EM8183 LED驅(qū)動芯片給相關(guān)的企業(yè)和客戶帶來了巨大的利益，并推動了照明領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和創(chuàng)新，并在切相調(diào)光的創(chuàng)新上奠定了其在業(yè)界的經(jīng)典地位。繼EM8183之后，Marvell在2014年初又推出了第二代切相調(diào)光LED驅(qū)動芯片EM8187。該驅(qū)動芯片在EM8183的基礎(chǔ)上，提高了在調(diào)光器兼容性、效率和EMI方面的性能，并降低了系統(tǒng)的成本。EM 8187應(yīng)用了多項Marvel l專利技術(shù)以提高其在兼容性、熱損耗控制、效率、調(diào)光性能方面的性能。圖2是EM8187單級切相調(diào)光解決方案的參考電路板圖，EM8187需要極少的外圍器件，同時提供了整個系統(tǒng)極高的可靠性和卓越的性價比。
圖2：單級切相調(diào)光系統(tǒng)參考電路板圖
圖3：單級智能調(diào)光系統(tǒng)參考電路板圖
智能調(diào)光性能逐步提升
在LED智能調(diào)光技術(shù)方面，現(xiàn)階段業(yè)界也主要選擇了性價比優(yōu)越的單級AC/DC轉(zhuǎn)換驅(qū)動方案，而LED智能調(diào)光接口的選擇主要有I2C接口和PWM接口兩種。因為只需要一個接口控制信號，因而PWM接口具有連接簡單的特點，這也有利于軟件的實現(xiàn)。但是在低端光通量的工作狀態(tài)下，PWM接口調(diào)光方案通常會有階梯調(diào)光的現(xiàn)象，即通常所說的低端階梯調(diào)光問題，這是因為PWM精度不夠或硬件軟件不夠匹配所造成的。I2C接口智能調(diào)光需要兩個連接信號，I2C智能調(diào)光可以達(dá)到優(yōu)越的性能和平滑的低端光效輸出。更加重要的是，I2C接口除了調(diào)光控制之外，還提供了數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)墓δ埽蓪崿F(xiàn)并為LED照明的云端接入提供基本的功能單元。Marvell在2014年1月推出了業(yè)界第一個I2C接口單級AC/DC轉(zhuǎn)換驅(qū)動方案EM8189。
EM8189 I2C接口單級智能調(diào)光解決方案可以達(dá)到1%的調(diào)光精度、平滑的調(diào)光性能、較低的待機(jī)功耗(< 250mW)和優(yōu)秀的整機(jī)性價比。EM8189 IC可以連接ZigBee、藍(lán)牙、Wi-Fi接口并配合相關(guān)的軟件提供優(yōu)異的智能調(diào)光系統(tǒng)。EM8189在推出后即被美國指標(biāo)照明公司評估為智能調(diào)光的第一選擇并推出了相關(guān)的產(chǎn)品。圖3是EM8189智能調(diào)光方案的參考樣板，從中可以看出EM8189智能調(diào)光方案的外圍器件是很少的。這為最終調(diào)光產(chǎn)品的性價比和可靠性提供了基本保證。圖4是EM8189智能調(diào)光方案的調(diào)光性能曲線，從圖4可以看出，EM8189智能調(diào)光方案具有極好的線性性能，同時具有從高端到低端和從低端到高端的高度重合性，配合相關(guān)的軟件設(shè)計，可以實現(xiàn)客戶所需要的從線性調(diào)光到指數(shù)調(diào)光的任意調(diào)光曲線。
圖4：EM8189智能調(diào)光方案的調(diào)光性能曲線圖
LED照明發(fā)展到今天，已經(jīng)經(jīng)歷了若干技術(shù)創(chuàng)新階段和重組，這種趨勢還會繼續(xù)發(fā)展下去并直至飽和。與此同時，LED驅(qū)動技術(shù)仍然還存在著若干問題需要解決，其中包括EMI、噪聲和可靠性等；產(chǎn)品在性能上還存在著若干方面需要提升，包括兼容性、效率、產(chǎn)品離散性等；LED照明在整燈光效上也會繼續(xù)提高，在成本上還會進(jìn)一步加以降低。當(dāng)然，無論在哪一方面獲得成功，都有賴于控制技術(shù)的努力突破和制造工藝的推陳出新，這些迫切需要更多的LED照明相關(guān)企業(yè)發(fā)揮自己所長，共同引領(lǐng)技術(shù)創(chuàng)新和市場應(yīng)用的新潮流。相關(guān)閱讀：
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