智能照明主流的調(diào)光方式有哪些

在當(dāng)今時(shí)代，消費(fèi)者對(duì)LED燈的需求不再是簡(jiǎn)單的照明，而是向調(diào)光、調(diào)色、遠(yuǎn)控、節(jié)能環(huán)保等智能化、個(gè)性化方向轉(zhuǎn)變。據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)分析，LED智能化無(wú)級(jí)調(diào)光照明燈比普通的LED燈節(jié)能40%以上，且壽命延長(zhǎng)3倍以上。隨著AIoT技術(shù)深入發(fā)展，LED照明的智能化轉(zhuǎn)型正在加速，未來(lái)將成為家居照明的主流方式。

據(jù)市場(chǎng)公開(kāi)數(shù)據(jù)顯示，2021年中國(guó)智能照明行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模已由2017年147億元快速提升至350億元，同比增長(zhǎng)21.65%，這已經(jīng)是第五個(gè)年頭保持兩位數(shù)增長(zhǎng)。雖然智能照明興起的時(shí)間較短，但市場(chǎng)規(guī)模一直保持快速增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，有著廣闊的前景和發(fā)展機(jī)會(huì)。

智能照明向混合調(diào)光進(jìn)階，體驗(yàn)更佳

智能照明行業(yè)自上世紀(jì)90年代進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)以來(lái)，其最大的變化表現(xiàn)在調(diào)光功能上。傳統(tǒng)燈具沒(méi)有所謂的調(diào)光，只是簡(jiǎn)單的亮滅控制，而現(xiàn)在高端的智能照明可以根據(jù)自然光的強(qiáng)弱變化實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地調(diào)節(jié)，給予人眼最舒適的亮度和色溫。

目前智能照明主流的調(diào)光方式有三種：可控硅調(diào)光、脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光和模擬調(diào)光。

01

可控硅調(diào)光：成本雖低，但存在噪聲和頻閃痛點(diǎn)

可控硅調(diào)光是采用可控硅切角技術(shù)進(jìn)行調(diào)光的，簡(jiǎn)單地說(shuō)就是將輸入電壓的波形通過(guò)導(dǎo)通角切波之后，產(chǎn)生一個(gè)切向的輸出電壓波形，從而改變電流的有效值，以此實(shí)現(xiàn)調(diào)光的目的。這種調(diào)光方式可追溯至白熾燈時(shí)代，是LED燈最早采用的調(diào)光方式，其憑借低成本優(yōu)勢(shì)在照明界稱霸多年。但也存在一定缺陷，在導(dǎo)通可控硅整流器件之前，電壓是急劇增加的，容易導(dǎo)致LC濾波器振蕩，從而引發(fā)可聞噪聲和頻閃的問(wèn)題。

02

PWM調(diào)光：精度高，但頻閃依然存在且應(yīng)用受限

脈沖寬度調(diào)制（PWM）調(diào)光也稱為數(shù)字調(diào)光，最早由Philips照明提出，其主要是通過(guò)不同的脈寬信號(hào)，調(diào)整開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通與截止的時(shí)間，改變平均輸出電壓的大小，從而實(shí)現(xiàn)0~100%的調(diào)光。以供電電壓5V為例，在周期內(nèi)開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通時(shí)間占比為75%，截止時(shí)間占比為25%時(shí)，此時(shí)輸出電壓為3.75V，亮度只有全亮狀態(tài)的75%。這種調(diào)光方式精確度很高，且不會(huì)產(chǎn)生色譜偏移，不過(guò)在低頻運(yùn)行環(huán)境下會(huì)產(chǎn)生頻閃問(wèn)題，因此在實(shí)際應(yīng)用中還是面臨諸多限制。

03

模擬調(diào)光：有效解決噪聲及頻閃問(wèn)題，但調(diào)光范圍有限

模擬調(diào)光通過(guò)電阻分壓連續(xù)改變輸出電流值來(lái)調(diào)節(jié)光源的亮度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的線性調(diào)光。不過(guò)模擬調(diào)光的范圍不能做到全覆蓋，通常僅能達(dá)到15%-100%，但它不會(huì)產(chǎn)生可控硅調(diào)光和PWM調(diào)光的噪聲和頻閃問(wèn)題。

PWM轉(zhuǎn)模擬調(diào)光：完美實(shí)現(xiàn)全范圍調(diào)光，并優(yōu)化解決頻閃和噪聲問(wèn)題

現(xiàn)在更為先進(jìn)的調(diào)光方式是模擬調(diào)光與PWM調(diào)光相結(jié)合，這是現(xiàn)有調(diào)光技術(shù)的一個(gè)顯著提升，兩種調(diào)光方式無(wú)縫結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)全范圍調(diào)光功能，而又不存在頻閃和噪聲的問(wèn)題。業(yè)內(nèi)知名的模擬與數(shù)模混合IC公司美芯晟就是率先采用這種調(diào)光方式，它通過(guò)數(shù)字技術(shù)及DAC技術(shù)相結(jié)合，把外部輸入的PWM調(diào)光信號(hào)的占空比信息轉(zhuǎn)換為內(nèi)部模擬控制變量，從而實(shí)現(xiàn)全程模擬調(diào)光。值得注意的是，美芯晟的PWM轉(zhuǎn)模擬調(diào)光技術(shù)在解決頻閃和噪聲的問(wèn)題上，還進(jìn)一步提高了調(diào)光深度和調(diào)光分辨率，用戶反饋視覺(jué)效果比以往的調(diào)光方式更好。

國(guó)內(nèi)智能照明技術(shù)不斷突破，第一梯隊(duì)快速崛起

目前，智能照明驅(qū)動(dòng)芯片的主要技術(shù)發(fā)展方向包括：高調(diào)光深度、低待機(jī)功耗、無(wú)頻閃、無(wú)噪聲、高兼容性等。

高調(diào)光深度

在調(diào)光深度方面，最早的智能照明驅(qū)動(dòng)芯片只能把調(diào)光深度做到百分之一，隨著終端消費(fèi)者對(duì)調(diào)光效果要求的不斷提升，推動(dòng)智能照明驅(qū)動(dòng)芯片設(shè)計(jì)廠商不斷推出支持更高調(diào)光深度的智能照明產(chǎn)品?，F(xiàn)在調(diào)光深度已經(jīng)提高至千分之一，未來(lái)向萬(wàn)分之一的目標(biāo)前進(jìn)。

低待機(jī)功耗

在待機(jī)功耗方面，為了滿足用戶在任意時(shí)間都能啟用，智能照明使用APP關(guān)機(jī)后會(huì)進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)，此時(shí)仍需要一定的電流維持，也因此產(chǎn)生功耗問(wèn)題。待機(jī)電流越低，則功耗越低，通常要求待機(jī)電流＜100μA。

高兼容性

在兼容性方面，智能照明要滿足用戶多場(chǎng)景需求，在調(diào)光調(diào)色的基礎(chǔ)上，還需要搭配通信模塊（藍(lán)牙、WiFi）、數(shù)據(jù)采集模塊、遠(yuǎn)程控制模塊等。智能照明驅(qū)動(dòng)芯片的PWM調(diào)光頻率適應(yīng)范圍越寬，對(duì)多種模塊的兼容性就越好。

無(wú)頻閃無(wú)噪聲

此外，隨著人們護(hù)眼意識(shí)的提高，對(duì)燈具提出了無(wú)頻閃的要求。而頻閃、噪聲是過(guò)去智能照明產(chǎn)品在PWM調(diào)光模式下的固有問(wèn)題，芯片設(shè)計(jì)企業(yè)需要重點(diǎn)攻克這兩大技術(shù)難點(diǎn)。

智能照明領(lǐng)域興起時(shí)間較短，國(guó)內(nèi)外芯片設(shè)計(jì)企業(yè)技術(shù)積累相差不大，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)相對(duì)充分。國(guó)內(nèi)廠商發(fā)力智能驅(qū)動(dòng)芯片的研發(fā)，自研核心技術(shù)并開(kāi)展專(zhuān)利保護(hù)布局，實(shí)現(xiàn)了國(guó)內(nèi)智能照明先進(jìn)技術(shù)的積累和突破，形成了以晶豐明源、美芯晟等廠商為代表的第一梯隊(duì)。

美芯晟是業(yè)內(nèi)首家提出高功率因數(shù)單級(jí)架構(gòu)的芯片設(shè)計(jì)公司，在2014年開(kāi)創(chuàng)性推出了PWM信號(hào)轉(zhuǎn)模擬信號(hào)的調(diào)光技術(shù)，解決了以往直接采用PWM調(diào)光導(dǎo)致的頻閃和噪聲問(wèn)題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了寬范圍的PWM調(diào)光頻率和良好的兼容性。晶豐明源超低待機(jī)功耗、調(diào)光調(diào)色技術(shù)領(lǐng)先，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯。此外，這兩家技術(shù)領(lǐng)軍企業(yè)均自研開(kāi)發(fā)了700V-BCD高壓晶圓制造工藝技術(shù)，大幅提升了產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，優(yōu)化了智能照明的用戶體驗(yàn)與使用。

近年晶豐明源和美芯晟都在加大對(duì)智能照明驅(qū)動(dòng)芯片的研發(fā)投入。2019年晶豐明源成功登陸科創(chuàng)板，募資7.1億元資金，再次加大對(duì)智能照明的研發(fā)力度，啟動(dòng)“智能LED照明芯片開(kāi)發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”，投入金額高達(dá)2.41億元。而美芯晟科創(chuàng)板IPO剛獲受理，上市進(jìn)展快速，從其披露的募投項(xiàng)目看，擬投入1.45億募集資金啟動(dòng)“LED智能照明驅(qū)動(dòng)芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目”，持續(xù)發(fā)力SOC數(shù)?；旌霞夹g(shù)領(lǐng)域，除了在智能家居領(lǐng)域廣泛應(yīng)用外，還在積極向工業(yè)照明、智能樓宇應(yīng)用等商業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域拓展。

在營(yíng)業(yè)收入方面，根據(jù)招股書(shū)和企業(yè)年報(bào)披露，2021年晶豐明源、美芯晟在智能照明板塊業(yè)務(wù)分別實(shí)現(xiàn)10.64億元、0.47億元，晶豐明源遙遙領(lǐng)先，美芯晟緊隨其后，排名第二。

同樣值得關(guān)注的是，在LED照明驅(qū)動(dòng)的通用類(lèi)和智能照明品類(lèi)中，智能照明驅(qū)動(dòng)芯片一直處于高毛利率水平。2021年，晶豐明源的智能照明芯片的毛利和單價(jià)分別為54.26%和0.45元/顆，通用產(chǎn)品為41.35%和0.28元/顆；美芯晟智能照明驅(qū)動(dòng)芯片毛利率45.10%，平均單價(jià)為0.47元/顆；通用產(chǎn)品毛利率為40.57%，平均單價(jià)為0.33元/顆。通過(guò)數(shù)據(jù)的對(duì)比，可見(jiàn)智能照明驅(qū)動(dòng)芯片毛利率和平均單價(jià)均明顯高于通用類(lèi)。2021年美芯晟的智能照明驅(qū)動(dòng)芯片毛利率提升了21.51個(gè)百分點(diǎn)，漲幅位于行業(yè)領(lǐng)先。

小結(jié)

智能照明驅(qū)動(dòng)芯片市場(chǎng)持續(xù)快速增長(zhǎng)，競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境良好，國(guó)內(nèi)不斷有新廠商加入賽道。

在智能照明細(xì)分領(lǐng)域，以晶豐明源、美芯晟為代表的國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)IC廠商競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)明顯，在技術(shù)積累上與國(guó)外廠商差距不大。相信在未來(lái)，優(yōu)秀的國(guó)產(chǎn)品牌會(huì)更加耀眼，加速國(guó)產(chǎn)替代，甚至引領(lǐng)技術(shù)潮流。

原文標(biāo)題：智能照明市場(chǎng)爆發(fā)，國(guó)產(chǎn)驅(qū)動(dòng)IC廠商快速崛起

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