為打造兼具節(jié)能、高效的智慧照明系統(tǒng)，利用MCU與可調(diào)光驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行環(huán)境感測(cè)、高效能調(diào)光已是現(xiàn)今LED照明系統(tǒng)盛行的設(shè)計(jì)趨勢(shì)；除此之外，光學(xué)與散熱的模擬亦是確保LED產(chǎn)品的可靠性和安全性不可或缺的開(kāi)發(fā)環(huán)節(jié)。
電路設(shè)計(jì)與系統(tǒng)模擬是實(shí)現(xiàn)發(fā)光二極體(LED)智慧型照明系統(tǒng)的兩大成敗關(guān)鍵，其中在電路設(shè)計(jì)方面若加入微控制器(MCU)，不僅可全天候監(jiān)控LED裝置并即時(shí)回報(bào)異常狀況，還能對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行群組控制以調(diào)節(jié)能源，使照明系統(tǒng)更具智慧化；而為加強(qiáng)LED光源穩(wěn)定度，將可調(diào)光驅(qū)動(dòng)器導(dǎo)入電路設(shè)計(jì)中，則可解決光源閃爍的問(wèn)題，并提升能源使用效率。
另一方面，透過(guò)光學(xué)與散熱的模擬過(guò)程來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品可行性更是至關(guān)重要，此舉不僅可確保產(chǎn)品安全性，在模擬過(guò)程中，更可加速產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)程，提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
實(shí)現(xiàn)智慧照明系統(tǒng) MCU角色吃重
隨LED的使用日趨普及，應(yīng)用也越來(lái)越多元，其中智慧照明系統(tǒng)的商機(jī)更受到業(yè)界期待。為打造LED智慧照明系統(tǒng)，導(dǎo)入MCU可實(shí)現(xiàn)亮度自動(dòng)調(diào)整、顏色自動(dòng)變換、環(huán)境感測(cè)，以及群組系統(tǒng)控制等功能，豐富LED照明的應(yīng)用性，并提高能源使用效率。
英飛凌資深應(yīng)用工程師朱淡森表示，MCU可讓LED燈具實(shí)現(xiàn)智慧照明系統(tǒng)，充分提高能源使用效率與豐富LED多元應(yīng)用。
過(guò)往LED燈具缺乏控制與變化，即使LED已比傳統(tǒng)鹵素?zé)?、白熾燈更為耐用，但在長(zhǎng)時(shí)間使用下，LED的光輸出仍會(huì)受到老化與溫度影響而衰退，導(dǎo)致燈具裝置內(nèi)的電容易損毀，使可靠性大幅降低，且無(wú)法調(diào)光的缺陷也造成能源使用效率不彰，綜合以上因素終致LED使用壽命縮短，同時(shí)應(yīng)用方面，也會(huì)因燈光無(wú)法變化顯得較單調(diào)乏味。
朱淡森進(jìn)一步指出，為達(dá)到調(diào)光控制、顏色變換與高效率使用能源等目標(biāo)，將LED燈具導(dǎo)入MCU可使室內(nèi)照明、戶外照明、裝飾照明，以及應(yīng)急照明有更多的應(yīng)用變化，例如控制LED燈在一天中，依照每個(gè)不同時(shí)段調(diào)整亮度以節(jié)約能源，或者透過(guò)MCU中的數(shù)位可定址照明介面(DALI)進(jìn)行遠(yuǎn)端群組控制，以及隨時(shí)監(jiān)控LED裝置是否仍正常運(yùn)作，以利通知工程人員快速維修，這些新的應(yīng)用都讓LED燈不再僅只是開(kāi)與關(guān)而已，還能有更靈活的運(yùn)用。
據(jù)了解，英飛凌為搶占LED智慧照明市場(chǎng)版圖，分別推出XC835與XC836兩款MCU，此兩款MCU除接腳數(shù)與尺寸不同外，最大的差異在于XC836有支援DALI，能為L(zhǎng)ED燈具做智慧系統(tǒng)的遠(yuǎn)端操控，而XC835則未支援。此外，兩款皆可支援觸控式控制，并且都具備高耐熱(150℃)與高可靠度等特性。目前，該系列MCU主要應(yīng)用于娛樂(lè)型裝飾照明市場(chǎng)中常見(jiàn)的T4、T8等中小型螢光管以及球泡燈。
對(duì)娛樂(lè)型裝飾照明市場(chǎng)而言，由于娛樂(lè)性表演內(nèi)容五光十色，不僅重視智慧自動(dòng)調(diào)光，對(duì)LED照明燈具的使用壽命、發(fā)光效率以及燈光的穩(wěn)定性也相當(dāng)要求，因此可調(diào)光驅(qū)動(dòng)器為解決上述問(wèn)題，開(kāi)始被設(shè)計(jì)于照明系統(tǒng)中。
LED照明拚效率 可調(diào)光驅(qū)動(dòng)器力挺
各國(guó)政府對(duì)于節(jié)能的要求日趨嚴(yán)苛，激勵(lì)可調(diào)光的LED照明需求增溫，為實(shí)現(xiàn)高效能調(diào)光并解決閃爍問(wèn)題，德州儀器(TI)日前發(fā)表兩款高度整合的相位可調(diào)光交流對(duì)直流(AC-DC)LED照明驅(qū)動(dòng)器，可充分滿足改裝燈泡(Retrofit Bulb)、LED安定器(Ballast)、筒燈(Downlight)及聚光燈(Spot Light)等燈具的調(diào)光需求。
德州儀器亞洲區(qū)類比產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)發(fā)電源應(yīng)用產(chǎn)品資深應(yīng)用工程師蕭益州表示，內(nèi)建可調(diào)光電源驅(qū)動(dòng)IC的LED不久后將全面取代可調(diào)光的傳統(tǒng)燈泡。
傳統(tǒng)燈泡雖也可以進(jìn)行調(diào)光，但較為耗電且使用壽命短，導(dǎo)致可調(diào)光的傳統(tǒng)燈泡必須經(jīng)常維修。導(dǎo)入可調(diào)光電源驅(qū)動(dòng)積體電路(IC)的LED燈，不但兼顧LED較傳統(tǒng)燈泡省電80%、使用壽命至少兩萬(wàn)小時(shí)的優(yōu)勢(shì)特性外，更能進(jìn)行調(diào)光，提高能源使用效率，加速節(jié)能型LED照明全面取代傳統(tǒng)燈泡。
為插旗節(jié)能型LED照明市場(chǎng)，德州儀器已推出TPS92070/LM3448可調(diào)光系列方案，其高電流精準(zhǔn)度的特性可為客戶準(zhǔn)確定義電流的上下限，省去客戶不停校正的時(shí)間成本，且因其高性能的結(jié)構(gòu)，能減少支援該驅(qū)動(dòng)IC的周圍零件，進(jìn)一步降低客戶的成本。
蕭益州進(jìn)一步指出，目前德州儀器一系列可調(diào)光驅(qū)動(dòng)IC主要銷往日本、歐洲及美國(guó)等地，而各國(guó)又因安規(guī)標(biāo)準(zhǔn)不同，所需的驅(qū)動(dòng)IC規(guī)格也不盡相同。例如TPS92070因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為隔離式，安全性較高，可符合美國(guó)的安規(guī)要求；日本主要出貨則為無(wú)隔離設(shè)計(jì)的LM3448，而有無(wú)隔離的設(shè)計(jì)，對(duì)LED燈具整體成本的影響約為2%，一切端看客戶需求而定。
蕭益州表示，在相關(guān)節(jié)能法規(guī)的要求下，目前日本、歐美等已開(kāi)發(fā)國(guó)家皆已大量采用有導(dǎo)入可調(diào)光驅(qū)動(dòng)IC的LED燈具，而開(kāi)發(fā)中的國(guó)家如中國(guó)大陸，因尚無(wú)相關(guān)法規(guī)要求，所使用的則為成本較低的無(wú)調(diào)光功能LED燈具。
至于臺(tái)灣方面，雖也無(wú)相關(guān)法規(guī)要求，但已有燈具廠商導(dǎo)入調(diào)光驅(qū)動(dòng)IC，其應(yīng)用的市場(chǎng)大多仍為娛樂(lè)型照明市場(chǎng)為主，一般室內(nèi)照明、戶外照明與應(yīng)急照明皆未開(kāi)始普及，未來(lái)若節(jié)能法規(guī)有更進(jìn)一步的制定，相信節(jié)能型LED照明將更為盛行。
除了調(diào)光器架構(gòu)的選擇各有優(yōu)缺點(diǎn)(表1)外，為加速LED產(chǎn)品上市時(shí)程與降低整體開(kāi)發(fā)成本，在產(chǎn)品正式開(kāi)模生產(chǎn)前，利用光學(xué)模擬與散熱模擬來(lái)驗(yàn)證產(chǎn)品可行性，已成為相關(guān)業(yè)者克敵制勝的重要利器。
加速LED開(kāi)發(fā)有撇步 光學(xué)/散熱模擬不可少
綠明科技總經(jīng)理莊世任表示，透過(guò)光學(xué)與散熱模擬，可讓LED產(chǎn)品盡早推向市場(chǎng)，并確保品質(zhì)與可靠性。
由于LED的產(chǎn)品設(shè)計(jì)要經(jīng)過(guò)許多測(cè)試驗(yàn)證，若未做好光學(xué)模擬與散熱模擬，將導(dǎo)致產(chǎn)品量產(chǎn)后出現(xiàn)品質(zhì)瑕疵。為解決此一問(wèn)題，使用專用模擬軟體搭配三維(3D)模型為L(zhǎng)ED進(jìn)行準(zhǔn)確的模擬分析與驗(yàn)證，已成為L(zhǎng)ED燈具開(kāi)發(fā)不或缺的重要環(huán)節(jié)，以確保未來(lái)LED產(chǎn)品的品質(zhì)與可靠度。
莊世任進(jìn)一步指出，進(jìn)行光學(xué)與散熱的模擬，最大的目的除了加速產(chǎn)品上市時(shí)程外，還可避免因錯(cuò)誤的模擬結(jié)果，而衍生重復(fù)制作大量模型機(jī)所造成的成本負(fù)擔(dān)。而模擬的流程與成效將會(huì)影響產(chǎn)品能否在最短時(shí)間內(nèi)得到可行性的確認(rèn)，進(jìn)而影響到上市時(shí)程，因此，有效率的進(jìn)行產(chǎn)品光學(xué)模擬與散熱模擬舉足輕重。
正確的光學(xué)模擬流程應(yīng)先建立3D模型后，再建立光源，緊接著建立一個(gè)觀察面，再透過(guò)如Trace Pro、Light Tool等主要模擬軟體進(jìn)行分析，若遇到較復(fù)雜的光學(xué)結(jié)構(gòu)，則可能須要使用如ZEMAX、Code V等輔助軟體來(lái)觀察結(jié)果，若測(cè)試結(jié)果可行，則輸出結(jié)果；若測(cè)試結(jié)果無(wú)法得到最佳化，則退回上一步流程，重新校正與模擬分析。
待光學(xué)模擬最佳化的結(jié)果輸出后，便可開(kāi)始進(jìn)行散熱模擬。莊世任強(qiáng)調(diào)，進(jìn)行散熱模擬可減少打樣時(shí)不必要的浪費(fèi)，且經(jīng)由分析軟體所得的數(shù)據(jù)與實(shí)際的溫測(cè)誤差能在5℃之內(nèi)，讓研發(fā)人員可先行掌握產(chǎn)品的參數(shù)。經(jīng)由上述模擬的步驟后，可更加確保產(chǎn)品可靠度。
進(jìn)行有效率的光學(xué)模擬與散熱模擬，除要相當(dāng)熟悉模擬軟體外，研發(fā)人員更須具備豐富經(jīng)驗(yàn)，才能快速查驗(yàn)出是哪個(gè)環(huán)節(jié)出差錯(cuò)。然而，并非每家廠商都能找到優(yōu)秀的模擬驗(yàn)證人才，也因此，現(xiàn)今有些LED廠商為了抄捷徑、省人事與時(shí)間成本，直接抄襲國(guó)際大廠外型設(shè)計(jì)，忽略光學(xué)與散熱模擬的重要性，直到產(chǎn)品量產(chǎn)后，才發(fā)現(xiàn)與大廠品質(zhì)相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致商譽(yù)受損。