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    LED

    LED照明驅動技術現狀及市場應用格局

    伴隨照明需求的多樣化,LED照明由于其穩定高效的特點在各類使用場景得到了廣泛的發展,其中LED照明驅動芯片技術和制程的持續更新迭代成為照明產品持續發力的關鍵器件。據高工產研LED研究所(GGII)統計,中國LED照明市場產值規模由2016年的3017億元增長到2020年的5269億元,年均復合增長率達到14.95%,2021年中國LED照明市場規模已達5825億元。

    下面,就LED照明通用芯片和智能芯片展開敘述,介紹這兩大類照明驅動芯片的技術現狀和市場應用格局。

    通用驅動芯片技術: 集成度、可靠性和降低對電網干擾

    通用驅動芯片技術發展的早期,一般僅要求實現照明恒流和簡單的保護功能。隨著照明需求的發展,通用驅動芯片技術不再滿足于基礎的LED照明需求,而是逐漸向著如何更好地提高芯片集成度、系統可靠性、減少對電網的干擾等方面發展。

    歷史發展中的恒流精確度等指標成為通用驅動芯片合格與否的必要標準,而各個廠商面臨的技術挑戰、衡量芯片先進性的指標則指向了芯片集成度、可靠性以及降低對電網的干擾等需要投入更多科技人員、研發精力的研究方向。

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    智能驅動芯片技術: PWM/模擬調光、低功耗和高兼容性

    智能照明即照明的智能化,通過LED照明驅動芯片接口對LED燈亮度、色溫、色彩等進行調節,并集成Wi-Fi、藍牙等智能模塊,來實現對照明設備的智能化控制。

    LED調光方式

    目前市面上的LED調光方式根據不同技術、不同協議分類頗多,總結下來可以把LED調光方式分為智能化可編程、MCU控制的智能調光技術和機械調光、不能MCU控制的可控硅調光和手動開關調光。各種調光方式都是在不同時期根據需要而相應產生,故其適用對象和范圍也不同。

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    可控硅調光是采用可控硅切角技術進行調光的,屬于機械調光的一種,這種調光方式可追溯至白熾燈時代,是LED燈最早采用的調光方式,其憑借低成本優勢在照明界稱霸多年。但也存在一定缺陷,在導通可控硅整流器件之前,電壓是急劇增加的,容易導致LC濾波器振蕩,從而引發可聞噪聲和頻閃的問題。

    手動開關調光/切色利用在規定時間內開關墻壁上的開關來達到調光/切色的目的。這種技術最早在在CFL節能燈具上使用,后來延伸到LED照明上,控制芯片同時完成恒流驅動和開關調光控制,方法簡單但只能按預先設定的亮度循環手動調節。

    智能調光技術

    跟通用照明或普通調光不同,智能調光技術須集成Wi-Fi、藍牙、紅外、雷達、聲控等智能模塊,通過LED照明驅動芯片接口對LED燈亮度、色溫、色彩等進行手機APP、藍牙、紅外遙控遠程調節。

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    智能調光技術主要有三種方式,一種是PWM截波調光方式(Philips專利),該方式實現簡單,調光深度好,但無法解決頻閃問題;另一種是模擬電平調光,該技術可以實現無頻閃調光,但調光深度無法做高;第三種則是PWM轉模擬調光方式,即通過芯片的電路設計技術,將外部輸入的PWM調光信號在芯片內部轉換為模擬調光,同時解決頻閃和調光深度不足的問題。

    除智能調光技術,鑒于智能產品的特性,下游廠商對智能驅動芯片能否保證智能產品的低功耗、高兼容性也提出了越來越高的要求。

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    總結

    根據前瞻產業研究院和國元證券的研究報告,2019年、2020年,中國LED照明產品的產量分別約為120億只、132億只。結合LED照明市場規模的增長,2021年中國照明產品產量約為145億只。

    在調光照明細分領域,智能調光產品總出貨量近三年分別約為8億只、13億只和19億只,開關調光和可控硅調光產品基本均分余下份額。

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    隨著智慧城市、全屋智能等概念的提出,更智能化的照明體驗和應用越來越受到關注。從LED照明產品市場分布可以看出,真正意義上的智能調光產品目前約占整個照明市場的13%左右,發展前景廣闊且智能驅動芯片屬于較為新興的技術領域,仍然存在需要進一步攻克的技術門檻,需要廣大芯片供應商共同的努力和攻堅。


    作者丨北京大學上海微電子研究院兼職教授 顏重光 

    責任編輯:趙強


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