基于LED照明的節(jié)能照明解決方案

前言

　　照明于我們而言至關(guān)重要。美國能源信息署（US Energy Information Administration）的一項(xiàng)估測證實(shí)了這一點(diǎn)：我們用于家居照明的耗電量（1290億千瓦，占總耗電量的9％）相當(dāng)于用來洗滌和烘干衣物、使用電腦，以及做飯時(shí)的耗電量之和。

　　然而，這些能源中的大部分都被浪費(fèi)了。眾所周知，白熾燈泡的能效非常低，只有大約5％的輸出可以轉(zhuǎn)換為光能，其余則轉(zhuǎn)換為熱能。而發(fā)光二極管（LED）照明技術(shù)有著接近50%的能效，通過實(shí)施基于此項(xiàng)技術(shù)的更高效的解決方案，預(yù)計(jì)至2030年，照明耗電量有望減少約40％。

　　智能LED照明是降低能耗的一種方式，并將照明供應(yīng)和配置緊密地與辦公室，工廠和公共建筑中的中高功率應(yīng)用的實(shí)際需求相匹配。

　　LED價(jià)格的下跌是刺激其采用率的關(guān)鍵。與此同時(shí)，由于社會(huì)已經(jīng)普遍認(rèn)識(shí)到傳統(tǒng)照明一直以來的低效和浪費(fèi)所帶來的環(huán)境影響，因此政府對(duì)照明待機(jī)功率和效率的規(guī)定也日益嚴(yán)格。

　　與白熾燈照明相比，LED照明在使用較低功率和將輸出轉(zhuǎn)換為光能而非熱能方面帶來的是根本性的改善。然而，目前至關(guān)重要的是將固態(tài)照明技術(shù)與創(chuàng)新的驅(qū)動(dòng)解決方案相結(jié)合，以符合法規(guī)的要求并提供有效的電源管理和調(diào)光等功能。

　　LED照明市場

　　建筑業(yè)的發(fā)展是推動(dòng)LED照明發(fā)展的重要驅(qū)動(dòng)力，根據(jù) Research and Markets公司的研究表明，建筑業(yè)構(gòu)成了LED照明市場的主要部分。修整改造同樣也是一個(gè)重要的驅(qū)動(dòng)力，事實(shí)上，該研究公司認(rèn)為直至2023年，修整改造將成為LED照明市場中增長最快的部分。

　　室內(nèi)照明（包括住宅、工廠、公共建筑和辦公室）是LED照明市場中收入最高的部分。但戶外照明將成為增長最快的，其中最大的驅(qū)動(dòng)力是道路照明的改善，因?yàn)榈胤秸噲D提高能見度的同時(shí)能夠控制成本。

　　圖1：LED照明正在全球范圍內(nèi)快速增長

　　據(jù)TrendForce（隸屬于 LEDinside）預(yù)計(jì)，2017年LED照明市場價(jià)值達(dá)到331億美元，LED照明的滲透率達(dá)到52％。根據(jù)LEDinside的數(shù)據(jù)，LED照明在歐洲整體照明市場的占比為23％，在全球所有地區(qū)中居首位。美國和中國分列第二、三位。亞太地區(qū)或許會(huì)由于大量的基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目有望成為增長最快的地區(qū)。

　　節(jié)能照明的智能解決方案

　　與只能連接市電電源的白熾燈泡不同，LED是低電壓設(shè)備，需要能夠提供恒定電壓（CV）或恒定電流（CC）的電源。這些電源對(duì)照明解決方案的整體效率具有實(shí)質(zhì)性的影響，因此與LED本身一樣需要接受嚴(yán)格的審查，尤其是在備用電源方面。

　　LED的很大一部分市場在于推進(jìn)（或取代）傳統(tǒng)照明，同時(shí)LED的多功能性和相對(duì)較小的尺寸使它們能夠用于無法實(shí)施白熾燈解決方案的地方。但是，要想在這些狹小、緊湊的空間中安裝LED及相關(guān)電源，就需要高效、小巧的電源設(shè)計(jì)。

　　LED面臨的一個(gè)挑戰(zhàn)是在完整的亮度范圍內(nèi)提供調(diào)光功能，同時(shí)確保良好的光線質(zhì)量。許多解決方案引致的“頻閃”可能會(huì)造成一些問題，尤其是在使用像機(jī)進(jìn)行感測的環(huán)境中，例如工廠以及不久的路上的車載系統(tǒng)。

　　不僅設(shè)計(jì)人員面臨著提供高能效、廣泛可調(diào)、小巧、無閃爍照明解決方案的挑戰(zhàn)，消費(fèi)者和安裝人員也期望看到電源價(jià)格會(huì)有類似于LED價(jià)格那樣的下跌。

　　25-100 W是LED照明解決方案最常見的功率之一。對(duì)此，常見的方法是使用兩級(jí)轉(zhuǎn)換，借助功率因數(shù)校正（PFC）級(jí)來初始降低并調(diào)節(jié)電源電壓，該功率因數(shù)校正（PFC）級(jí)向微控制器（MCU）提供恒定電壓和控制信號(hào)（包括調(diào)光控制）。第二級(jí)將經(jīng)調(diào)節(jié)的電壓轉(zhuǎn)換成為LED提供電流，同時(shí)考慮來自MCU的任何調(diào)光要求。

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　　圖2：兩級(jí)轉(zhuǎn)換是中等功率照明解決方案中最常用的方法

　　但是，為滿足現(xiàn)代LED照明這些相對(duì)復(fù)雜的要求，就需要?jiǎng)?chuàng)新的半導(dǎo)體控制解決方案。安森美半導(dǎo)體利用其在開發(fā)節(jié)能電源解決方案領(lǐng)域的知識(shí)，推出了兩個(gè)IC產(chǎn)品，使節(jié)能照明解決方案向前邁進(jìn)了一大步，并滿足當(dāng)今競爭激烈的市場需求。

　　安森美半導(dǎo)體的FL7740（初級(jí)端調(diào)節(jié)和PFC）和FL7760（DC-DC降壓）通過受限的BOM，提供簡化的拓?fù)?，并縮減了尺寸和成本。兩者一同使用時(shí)，可提供精確的CV / CC調(diào)節(jié)，并支持模擬和脈寬調(diào)制（PWM）調(diào)光。

　　FL7740幾乎無需外部元件，且待機(jī)模式下的功耗低于0.15W，這是智能照明的關(guān)鍵規(guī)格，能夠輕松滿足能源之星（Energy Star）等法規(guī)的要求。

　　FL7760提供了5%至100％的寬模擬調(diào)光范圍，這也使模擬調(diào)光技術(shù)首次成為固態(tài)照明設(shè)計(jì)師的可行之選。它也支持從0到100％的PWM調(diào)光，只是固有的頻閃和可聞噪聲問題導(dǎo)致效果不太理想 。然而，F(xiàn)L7760的獨(dú)一無二之處在于能夠?qū)⒛M和PWM調(diào)光無縫結(jié)合，以覆蓋0到100％范圍，而沒有頻閃或可聞噪聲，這可謂是巨大的進(jìn)步。

　　借助先進(jìn)的半導(dǎo)體技術(shù)，使得基于LED的智能照明不僅切實(shí)可行，而且容易實(shí)現(xiàn)、效率更高、體積更小、成本更低。并且還有改善工作和生活環(huán)境的同時(shí)節(jié)省數(shù)百億千瓦時(shí)電量的潛力，而這一潛力將在不久的將來成為現(xiàn)實(shí)。