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(yōu)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(tǒng)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(yè)應用。
開發(fā)照明應用需要電源管理方面的專業(yè)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(xié)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(fā)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(tǒng)白熾燈泡和更高能效的緊湊型熒光燈都不同，LED 需要穩(wěn)定的直流電源才實現最佳的工作狀態(tài)。 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(fā)生在工業(yè)領域。 然而，LED 的適用性絕不限于商業(yè)領域，其應用的多樣性也在不斷增加。 汽車行業(yè)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(yè)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(wěn)壓 DC 電源，為多個后續(xù) DC-DC 轉換器供電，以向 LED 提供穩(wěn)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(guī)，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(jié)，這可以通過連續(xù)（模擬）方式或不連續(xù)（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(yōu)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(fā)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(fā)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(chuàng)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(yè)照明設備已經智能了一段時間，使用 DALI 協(xié)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(zhèn)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(fā)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(tài)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(qū)分開的是它實現了專用的和自主的狀態(tài)機，用來控制六個分辨率達 1.3 ns 的獨立 PWM 輸出。
狀態(tài)機也稱 SMED（State Machine, Event Driven/狀態(tài)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(tài)，增加了 IDLE 和 HOLD 狀態(tài)。 四個狀態(tài)中的每一個都是可配置的，開發(fā)人員可以定義哪個系統(tǒng)事件由每個狀態(tài)之間的轉換來觸發(fā)。 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(tài)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(jié)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(yōu)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(zhí)行。 這樣就實現了更高的系統(tǒng)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(huán)境光傳感器的加入，應用能夠監(jiān)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(jié)能。
結論
LED 照明已經實現了其顯著降低成本和節(jié)省能耗的潛力。 可以說其應用將繼續(xù)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(zhàn)。
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(fā)和持續(xù)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(huán)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(huán)境。
