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根據美國能源部所述，到 2030 年 LED 將占所有照明產品銷售的 75%。 不言自明，為什么 LED 比白熾燈和緊湊型熒光燈（CFL）有很大優勢，主要一點就是功耗降低了 80％ 以上。

由于它們通過熱輻射損失的能量較少，因此壽命也得到了改善。 尺寸是另一個因素。 LED 比傳統照明解決方案小得多，允許它們用于更多的應用領域，例如汽車。 高輸出功率 LED 照明也正在進入工業應用。

開發照明應用需要電源管理方面的專業知識。 許多 LED 照明應用也將比它們的前代產品更加智能，人們能夠使用有線或無線協議作為更大的照明網絡的一部分來對它進行遠程控制。 加入這一個級別的“智能”將需要嵌入式軟件開發和微控制器。 現在有新的解決方案可以將所有這些要素組合在一起。

與近年一直被取代的傳統白熾燈泡和更高能效的緊湊型熒光燈都不同，LED 需要穩定的直流電源才實現最佳的工作狀態。 這不可避免地要使用到從主電網獲取電能的整流 AC 電源。 雖然這可能使得它們比現有的解決方案變得稍復雜一些，但是在能源效率和使用壽命方面獲得的好處，通常會遠超過任何初始安裝費用。

正是因為有這些好處，轉向 LED 照明已成為一個普遍趨勢，也許最明顯的變化就發生在工業領域。 然而，LED 的適用性絕不限于商業領域，其應用的多樣性也在不斷增加。 汽車行業可能是最新的例子，但在建筑照明領域的應用越來越普及，并且針對一般消費者和住家的解決方案也層出不窮。

市場上出現了各類 LED 照明燈具的大量變型產品，并提供了各種各樣的控制方法。 但是，基本上來說，LED 在電源和驅動器電路方面具有特定要求，半導體行業為響應于這一增長的需求，現在正在處理這兩個方面的需求。

目前主要有兩種方法來產生和提供驅動 LED 所需的直流電流。 第一種方法采用恒流、恒壓方法，將交流電源轉換為直流電并直接施加到 LED 上。 第二種是使用分布式方法，使用從 AC 輸入轉換出的初級穩壓 DC 電源，為多個后續 DC-DC 轉換器供電，以向 LED 提供穩壓電源。

這一拓撲技術的其它重要方面包括：AC 和 DC 元件之間的電流隔離，確保高轉換效率，增加功率因數校正以符合法規，以及電路保護（過/欠壓，短路）。

可調光 LED

LED 照明的另一個重要方面就是，能夠調整輸出，以滿足各種要求。 通過改變施加的功率就可實現 LED 光線調節，這可以通過連續（模擬）方式或不連續（數字）方式減小驅動電流來實現。 對于 LED 在電源電流范圍內將呈現的非線性輸出來說，就要實現模擬方法，而如果要提供最佳的恒定電流，則需要使用通常采用脈沖寬度調制（PWM）的數字方式。

ON Semiconductor 提供的 NCL30186 就是一個能夠同時采用這兩種調光方式的 LED 驅動器實例，同時還能以高轉換效率提供 PFC。 這是一個針對離線 LED 照明解決方案優化的 PFC 升壓控制器和準諧振控制器的組合。 圖 1 所示為使用 NCL30186 的典型應用示例的原理圖。

圖 1：使用 ON Semiconductor 的 NCL30186 的典型離線 LED 照明解決方案。

基于微控制器的通用器件也針對這種應用領域，例如  Microchip Technology 的 PIC12HV752。 這種低成本的 8 引腳器件集成了許多外設，因此成為電源轉換應用和 LED 驅動電路的理想選擇。 具體外設包括互補輸出發生器（COG）和硬件限制定時器（HLT）。 當使用 PIC12HV752 構建 TRIAC 可調光 LED 驅動器時，這兩種外設都會發揮作用，如圖 2 所示。

圖 2：Microchip 的低成本 8 位 PIC12HV752 MCU 包括了許多針對電源轉換和 LED 控制的外設。

COG 提供 PWM 信號來驅動 MOSFET，其上升沿受 HLT 控制。 初級側控制通過前饋方法以及峰值電流模式控制來實現 PFC。

該器件還集成了 DAC、ADC 和比較器。 創建應用所需的固件相對簡單，主要集中在外設的初始化。

聯網照明

與今天的許多東西一樣，電燈也變得“更智能”。 事實上，專業照明設備已經智能了一段時間，使用 DALI 協議來集中控制分布式燈具。 同樣的技術現在已用于 LED 照明，且獲取了很好的效果。

DALI 是數字可尋址照明接口的英文縮寫，標準化后為 IEC-62386。 它主要用于為電子鎮流器提供遠程接口，并且因此可以用于控制 LED、熒光燈、水銀燈和其它電子放電燈。

隨著微控制器加入，這為 LED 驅動器解決方案開發提供了更大的靈活性，甚至有些制造商進一步為該應用領域提供專用 MCU 系列，并藉此機會增加應用特定的接口，例如 DALI。

例如， STMicroelectronics 推出的 STLUX 系列就是一個專用于照明和電源轉換的產品系列。 典型應用如圖 3 所示。

圖 3：STMicroelectronics 的 STLUX 系列器件具有專用的且可配置的狀態機，目標針對像電源轉換之類時間關鍵型應用，包括 LED 控制。

STLUX385A 具有 DALI 模塊，但是真正將設備與其他設備區分開的是它實現了專用的和自主的狀態機，用來控制六個分辨率達 1.3 ns 的獨立 PWM 輸出。

狀態機也稱 SMED（State Machine, Event Driven/狀態機，事件驅動型）。 SMED 使用集成微控制器進行配置。 一經配置，SMED 即具有低至 10.4 ns 的反應時間，因此適合用于時間關鍵型操作。 SMED 在運行期間具有四種狀態，增加了 IDLE 和 HOLD 狀態。 四個狀態中的每一個都是可配置的，開發人員可以定義哪個系統事件由每個狀態之間的轉換來觸發。 PWM 輸出電平可以在轉換期間更新。

STLUX 系列中有的器件具有多達 6 個 SMED，每個 SMED 都獨立工作，但它們可以進行分組，組成更強大的狀態機。 這種集成式微控制器采用 STM8 CISC 內核，具有 21 個內部寄存器、20 個尋址模式和 80 個指令。

總體解決方案

人們越來越要將電源管理和連接能力集成到單一成熟的解決方案中。 這促使半導體制造商投資推出包含許多其產品的參考設計解決方案。 100W、0.1% 可調光 DC-DC LED 驅動器就是這種設計中的一個，其中包含 Texas Instruments 推出的太陽能收集和無線連接設計。

如圖 4 所示，該設計含有大量 TI 的產品，最明顯的就是 TPS92640/41 LED 照明驅動器和 CC2650 多標準 2.4 GHz 無線 MCU。 最終設計能夠使用基于模擬或 PWM 的強度調節功能來控制高功率、高效率可調光 LED 燈具。 此外，由于采用了無線 MCU，因此它能夠提供對低功率無線接口的控制。

圖 4 ：TI 的這款參考設計包含大量特別針對一般功率轉換和 LED 控制的器件。

高壓側和低壓側柵極驅動器之間的空載時間已經過優化，可在寬輸入工作電壓和輸出功率范圍內實現最高效率。

CC2650 是一款雙核器件，采用 ARM? Cortex?-M3 處理器作為其主 CPU，使用 ARM Cortex-M0 處理器來管理器件的 RF 內核。 BLE 控制器和 IEEE 802.15.4 MAC 的固件嵌入在器件的 ROM 中，并在 ARM Cortex-M0 處理器上部分執行。 這樣就實現了更高的系統級效率，并可確保閃存用于高級應用軟件。

PWM 和模擬調光信號源都可以由 CC2650 產生，具體取決于應用的要求。 隨著數字環境光傳感器的加入，應用能夠監視恒定的流明輸出，并根據存在的自然日光量進行調整，從而實現進一步節能。

結論

LED 照明已經實現了其顯著降低成本和節省能耗的潛力。 可以說其應用將繼續深入下去，但有些人認為，它仍然面臨完全滲透消費市場的挑戰。

最常見的問題是，由于對光質量不確定和對安裝成本的擔心而反對在家中使用它。 通過進一步技術開發和持續引進更先進、集成度更高的解決方案，相信這兩個問題都將會成功得到解決。

現在進入 LED 市場的公司的潛在收益都可能會增加，因為未來幾年的需求必然會增長下去。 減少溫室氣體排放的全球目標將促進一需求的增長，而且除了全球環境效益，消費者現在可以獲得即時收益，包括更好地控制自己的環境。