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LED照明設計架構新轉變
從傳統照明走向智慧照明

【作者: 廖家宜】   2017年06月13日 星期二

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LED照明受惠於智慧照明的趨勢,成為下一波產業角逐的新藍海。而與傳統照明相比,智慧照明不僅牽動了產品的多樣化,為了讓產品符合智慧多功能的要求,也讓LED的設計架構有了一些新的轉變。


智慧照明牽動LED架構轉變

在物聯網快速發展的當下,大眾對照明的需求也不再只是單單照明一項功能,而是拓展為各種人性化且智慧化的需求。例如遠端監控LED燈具,由於過去多倚靠人工的方式逐一進行診察,但此方法既耗時又耗力,過程中也容易出現診斷誤差,遠端控制的好處則是可讓管理者隨時隨意透過各種行動裝置對燈具進行監控,使之更易於管理,此外,藉由燈具回傳給控制中心的訊息包括基本資料、健康狀態、使用評估、用電量統計等,也可進一步針對這些數據進行分析,或當燈具損壞時,判斷問題來源為何。


要實現這些功能,LED照明產品需走向數位化,也因此改變了LED驅動器的設計。英飛凌資深行銷經理張文貴表示,從類比控制轉換為數位控制,是走向智慧照明後,LED驅動器必然的發展趨勢。要讓LED在穩定條件下亮燈並進行調光,LED驅動器是不可或缺的,而透過數位化的控制,能夠達成類比控制器無法實現的功能。數位化控制以二進位的方式處理數位資訊,以0、1非連續性方式傳送訊息,因此相對使用類比控制來說更易於處理訊號,且準確度也會比較高。



圖一 : 英飛凌資深行銷經理張文貴表示,從類比控制轉換為數位控制,是走向智慧照明後,LED驅動器必然的發展趨勢。(攝影∕廖家宜)
圖一 : 英飛凌資深行銷經理張文貴表示,從類比控制轉換為數位控制,是走向智慧照明後,LED驅動器必然的發展趨勢。(攝影∕廖家宜)

同時,透過數位化的方式,可使驅動不同功率、不同燈具上有更好的兼容性和靈活性。英飛凌推出.dp digital power 2.0電源供應的數位平台,亦可透過數位控制器及人性化的軟體介面,讓照明系統製造商依據各自的需求,設定個別參數,以提高設計的靈活度,賦予客戶更多的彈性。


不僅如此,因應LED照明系統邁向智慧化發展,LED照明驅動電路內亦可加入以控制專長的MCU,負責調光、無線通訊或擔任控制驅動IC。目前在智慧照明的應用裡,以整合連網與感測技術是主要趨勢,而為讓LED燈具展現更多人性化的功能,針對調光調色的需求,也越來越受到照明業者與消費者的重視。


廣泛使用的LED調光方式主要為類比或PWM控制,但其控制複雜、功能單一,且容易產生閃爍,針對這些挑戰,張文貴以英飛凌推出ARM Base的XMC1000系列MCU說明,其內建亮度與色彩控制單元(BCCU),基於英飛凌專利的PDM(脈衝密度調變),就可達到「無閃爍」的調光控制,並實現自動色彩變化控制。


連網安全一直是目前物聯網環境中相當受到重視的議題,在智慧照明的應用中相對重要。張文貴表示,目前英飛凌的合作夥伴中,也已有照明業者開始意識到安全性的重要,因而採用英飛凌安全MCU,主要針對硬體加密,對IP進行保護。


張文貴進一步表示,此安全MCU同時可具有多功能性,舉例來說,可做到裝置與裝置連接時的安全認證,以照明設備來說,也就是當燈具與燈具之間通訊時,認證對方產品屬性的來源是否安全。


電路保護提升LED產品安全


圖二 : 照明業者開始意識到連網安全性的重要,因而採用安全MCU,針對硬體加密保護。
圖二 : 照明業者開始意識到連網安全性的重要,因而採用安全MCU,針對硬體加密保護。

(Source:The Next Web)


走向智慧照明的趨勢中,各種創新、智慧化的功能不斷被設計出來,這也為LED照明產品在開發的過程中帶來不少挑戰,例如,針對LED產品進行保護,良好的硬體設計也同時為產品成功的關鍵。LED照明是一電子產品,必然挾帶電氣威脅,若這些照明設備沒有適當的保護措施,便可能會影響設備壽命,或是危害使用者安全,也會關係到相關法規和安全標準的合格性問題。創立九十年,致力於電路保護的利特(Littelfuse),旗下擁有廣泛的產品線來滿足客戶在各種電路保護上的需求,並協助客戶符合各種LED照明產品在不同國家各有不同的測試標準。


事實上,不管是傳統照明或是智慧照明,LED產品對於電路保護的需求一直是存在的。利特資深技術行銷工程師游恭豪表示,常見的電路威脅主要來自於靜電、突波以及過流。其中,靜電可說是最常見也最容易發生,幾乎各種電子設備都會遇到此一問題,這會對設備產生嚴重破壞,通常針對靜電放電(ESD)的防護則會將保護元件裝置在設備接口,以便在第一時間隔絕防護。


而突波威脅主要源自於落雷,或電網上的大型負荷接通、斷開時產生,尤其面對雷擊,「幾乎只要有線路的存在就會有風險」游恭豪這麼說,因此不管何種形式的線路,包括電源線、網路線、甚至衛星天線等,都存在突波威脅。此外,當線路中的電流在某一瞬間急劇升高時,則易造成產品過熱或直接損壞,過流保護則可在電流異常時立即切斷電路,達到保護的功能。


為了實現智慧化的照明需求,越來越多功能元件裝置在照明設備上,添加越多,隨之而來的問題也越多。例如智慧控制盒,一方面連接電源線,另一方面也接網路線,多線材的結果就讓電路威脅增加。游恭豪指出,智慧照明與傳統照明最大的區別即是前者在設備中添加了連網功能,而智慧照明的通訊方式可分為有線與無線,各自有許多不同種類的通訊協定。


以有線通訊的規格來說,最常見者為PLC,無線通訊則是以Wi-Fi與ZigBee為主流,不過由於相較之下Wi-Fi耗電,且節點數與距離受限,因此未來ZigBee或將成為主要的無線通訊規格。



圖三 : 不管是傳統照明或是智慧照明,LED產品對於電路保護的需求一直是存在的。(Source:Austin Area Photo)
圖三 : 不管是傳統照明或是智慧照明,LED產品對於電路保護的需求一直是存在的。(Source:Austin Area Photo)

上述提到,只要有線,幾乎就會遭遇靜電與突破的威脅,因此在智慧照明的有線通訊裝置裡則會特別關注此問題。而無線通訊則是強調針對天線的靜電防護,由於天線本身較敏感,因此更容易受到靜電吸引。游恭豪指出,無論有線或無線的通訊方式,靜電保護是兩者皆所需的防護措施,然有線通訊雖會遭遇突波或過流的威脅,但無線通訊則可避免,相比之下,有線通訊在電路保護技術上的難度與挑戰也更高。


@刊頭圖(Source:National Geographic)


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