追溯LED照明驱动发展历程中的那些“可圈可点”
LED照明驱动技术一直是照明市场的重中之重，在业界内都是可圈可点的。本文主要追溯LED照明驱动的发展现状与未来蓝图，归纳总结可调光的解决方案，对LED照明驱动进行了细致的分类。
LED照明驱动技术发展到现在，在业界已呈现多种解决方案并行的局面，本文主要讨论可调光的LED照明驱动技术。总结所有可调光解决方案，如果从拓扑结构上分，可以归纳为两级AC/DC转换LED电流驱动方案、单级AC/DC转换LED电流驱动方案、线性AC/DC转换LED电流驱动方案；从调光控制接口上分，可以归纳为切相调光LED电流驱动方案(又称为晶闸管调光LED电流驱动方案)和智能接口调光LED电流驱动方案(主要分为I2C接口调光和PWM接口调光两种)，智能接口控制信号又可以分为ZigBee、蓝牙、Wi-Fi芯片的相关接口。综上所述，LED照明驱动技术的相关分类可详见图1。
图1：LED调光拓扑结构和调光控制分类
可调光解决方案的发展两级AC/DC转换LED电流驱动方案曾经由于良好的性能和无输出电流纹波而被业界所广泛接受，但是这种方案成本太高。在2012年Marvell公司成功推出性能优越的单级AC/DC转换LED电流驱动方案EM8183后，两级AC/DC LED电流驱动方案逐渐被业界所放弃。另一方面，线性AC/DC转换LED电流驱动方案已经在技术领域讨论和在业界存在接近十年之久，这一方案因为其在切相调光时无法克服的电流纹波和闪烁指数而始终没有被业界接受。目前，单级AC/DC转换LED调光电流驱动方案由于其优越的性价比已经成为LED调光解决方案的主流。这里主要讨论单级AC/DC转换LED电流控制的切相调光和智能接口调光解决方案。
单级AC/DC转换电流控制方案
切相调光(晶闸管调光)的关键是LED驱动器在任何工作点都可以提供足够的擎住电流(Latching Current)和维持电流(Holding Current)。足够的擎住电流和维持电流是晶闸管在物理上满足正常工作的条件。在这一基础上，LED驱动器在性能上要保证精确的电流控制、足够的调光器兼容性、平滑的调光曲线、足够宽的调光范围、足够低的闪烁指数等。
LED驱动器在可靠性上要保证较高的效率、足够低的热损耗、无突出热点和足够长的产品生命周期。此外，尽量降低LED驱动器工作时的音频噪声也是产品成功的关键之一。在上述这些方面，业界都有很多相关的专利技术。其中Marvel l在这一领域拥有超过70项美国和国际专利保证产品的性能，同时还能保护公司和客户的利益。
作为业界第一个单级AC/DC转换LED电流控制方案，Marvell在2 012年成功推出性能优越的切相调光LED 驱动芯片EM8183。该驱动芯片在业界推出的最初阶段即被LED照明领域的领先企业所接受和采用。EM8183 LED驱动芯片给相关的企业和客户带来了巨大的利益，并推动了照明领域的技术发展和创新，并在切相调光的创新上奠定了其在业界的经典地位。继EM8183之后，Marvell在2014年初又推出了第二代切相调光LED驱动芯片EM8187。该驱动芯片在EM8183的基础上，提高了在调光器兼容性、效率和EMI方面的性能，并降低了系统的成本。EM 8187应用了多项Marvel l专利技术以提高其在兼容性、热损耗控制、效率、调光性能方面的性能。图2是EM8187单级切相调光解决方案的参考电路板图，EM8187需要极少的外围器件，同时提供了整个系统极高的可靠性和卓越的性价比。
图2：单级切相调光系统参考电路板图
图3：单级智能调光系统参考电路板图
智能调光性能逐步提升
在LED智能调光技术方面，现阶段业界也主要选择了性价比优越的单级AC/DC转换驱动方案，而LED智能调光接口的选择主要有I2C接口和PWM接口两种。因为只需要一个接口控制信号，因而PWM接口具有连接简单的特点，这也有利于软件的实现。但是在低端光通量的工作状态下，PWM接口调光方案通常会有阶梯调光的现象，即通常所说的低端阶梯调光问题，这是因为PWM精度不够或硬件软件不够匹配所造成的。I2C接口智能调光需要两个连接信号，I2C智能调光可以达到优越的性能和平滑的低端光效输出。更加重要的是，I2C接口除了调光控制之外，还提供了数据采集和传输的功能，可实现并为LED照明的云端接入提供基本的功能单元。Marvell在2014年1月推出了业界第一个I2C接口单级AC/DC转换驱动方案EM8189。
EM8189 I2C接口单级智能调光解决方案可以达到1%的调光精度、平滑的调光性能、较低的待机功耗(< 250mW)和优秀的整机性价比。EM8189 IC可以连接ZigBee、蓝牙、Wi-Fi接口并配合相关的软件提供优异的智能调光系统。EM8189在推出后即被美国指标照明公司评估为智能调光的第一选择并推出了相关的产品。图3是EM8189智能调光方案的参考样板，从中可以看出EM8189智能调光方案的外围器件是很少的。这为最终调光产品的性价比和可靠性提供了基本保证。图4是EM8189智能调光方案的调光性能曲线，从图4可以看出，EM8189智能调光方案具有极好的线性性能，同时具有从高端到低端和从低端到高端的高度重合性，配合相关的软件设计，可以实现客户所需要的从线性调光到指数调光的任意调光曲线。
图4：EM8189智能调光方案的调光性能曲线图
LED照明发展到今天，已经经历了若干技术创新阶段和重组，这种趋势还会继续发展下去并直至饱和。与此同时，LED驱动技术仍然还存在着若干问题需要解决，其中包括EMI、噪声和可靠性等；产品在性能上还存在着若干方面需要提升，包括兼容性、效率、产品离散性等；LED照明在整灯光效上也会继续提高，在成本上还会进一步加以降低。当然，无论在哪一方面获得成功，都有赖于控制技术的努力突破和制造工艺的推陈出新，这些迫切需要更多的LED照明相关企业发挥自己所长，共同引领技术创新和市场应用的新潮流。