揭密如何增加LED照明系統可靠性

　　另一方面，透過(guò)光學(xué)與散熱的模擬過(guò)程來(lái)驗證產(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)競爭力。

　　實(shí)現智慧照明系統　MCU角色吃重

　　隨LED的使用日趨普及，應用也越來(lái)越多元，其中智慧照明系統的商機更受到業(yè)界期待。為打造LED智慧照明系統，導入MCU可實(shí)現亮度自動(dòng)調整、顏色自動(dòng)變換、環(huán)境感測，以及群組系統控制等功能，豐富LED照明的應用性，并提高能源使用效率。

　　英飛凌資深應用工程師朱淡森表示，MCU可讓LED燈具實(shí)現智慧照明系統，充分提高能源使用效率與豐富LED多元應用。

　　過(guò)往LED燈具缺乏控制與變化，即使LED已比傳統鹵素燈、白熾燈更為耐用，但在長(cháng)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，導致燈具裝置內的電容易損毀，使可靠性大幅降低，且無(wú)法調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)應用方面，也會(huì )因燈光無(wú)法變化顯得較單調乏味。

　　朱淡森進(jìn)一步指出，為達到調光控制、顏色變換與高效率使用能源等目標，將LED燈具導入MCU可使室內照明、戶(hù)外照明、裝飾照明，以及應急照明有更多的應用變化，例如控制LED燈在一天中，依照每個(gè)不同時(shí)段調整亮度以節約能源，或者透過(guò)MCU中的數位可定址照明介面(DALI)進(jìn)行遠端群組控制，以及隨時(shí)監控LED裝置是否仍正常運作，以利通知工程人員快速維修，這些新的應用都讓LED燈不再僅只是開(kāi)與關(guān)而已，還能有更靈活的運用。

　　據了解，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除接腳數與尺寸不同外，最大的差異在于XC836有支援DALI，能為L(cháng)ED燈具做智慧系統的遠端操控，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。

　　對娛樂(lè )型裝飾照明市場(chǎng)而言，由于娛樂(lè )性表演內容五光十色，不僅重視智慧自動(dòng)調光，對LED照明燈具的使用壽命、發(fā)光效率以及燈光的穩定性也相當要求，因此可調光驅動(dòng)器為解決上述問(wèn)題，開(kāi)始被設計于照明系統中。

　LED照明拚效率　可調光驅動(dòng)器力挺

　　各國政府對于節能的要求日趨嚴苛，激勵可調光的LED照明需求增溫，為實(shí)現高效能調光并解決閃爍問(wèn)題，德州儀器(TI)日前發(fā)表兩款高度整合的相位可調光交流對直流(AC-DC)LED照明驅動(dòng)器，可充分滿(mǎn)足改裝燈泡(Retrofit Bulb)、LED安定器(Ballast)、筒燈(Downlight)及聚光燈(Spot Light)等燈具的調光需求。

　　德州儀器亞洲區類(lèi)比產(chǎn)品市場(chǎng)開(kāi)發(fā)電源應用產(chǎn)品資深應用工程師蕭益州表示，內建可調光電源驅動(dòng)IC的LED不久后將全面取代可調光的傳統燈泡。

　　傳統燈泡雖也可以進(jìn)行調光，但較為耗電且使用壽命短，導致可調光的傳統燈泡必須經(jīng)常維修。導入可調光電源驅動(dòng)積體電路(IC)的LED燈，不但兼顧LED較傳統燈泡省電80%、使用壽命至少兩萬(wàn)小時(shí)的優(yōu)勢特性外，更能進(jìn)行調光，提高能源使用效率，加速節能型LED照明全面取代傳統燈泡。

　　為插旗節能型LED照明市場(chǎng)，德州儀器已推出TPS92070/LM3448可調光系列方案，其高電流精準度的特性可為客戶(hù)準確定義電流的上下限，省去客戶(hù)不停校正的時(shí)間成本，且因其高性能的結構，能減少支援該驅動(dòng)IC的周?chē)慵?，進(jìn)一步降低客戶(hù)的成本。

　　蕭益州進(jìn)一步指出，目前德州儀器一系列可調光驅動(dòng)IC主要銷(xiāo)往日本、歐洲及美國等地，而各國又因安規標準不同，所需的驅動(dòng)IC規格也不盡相同。例如TPS92070因為其結構設計為隔離式，安全性較高，可符合美國的安規要求；日本主要出貨則為無(wú)隔離設計的LM3448，而有無(wú)隔離的設計，對LED燈具整體成本的影響約為2%，一切端看客戶(hù)需求而定。

　　蕭益州表示，在相關(guān)節能法規的要求下，目前日本、歐美等已開(kāi)發(fā)國家皆已大量采用有導入可調光驅動(dòng)IC的LED燈具，而開(kāi)發(fā)中的國家如中國大陸，因尚無(wú)相關(guān)法規要求，所使用的則為成本較低的無(wú)調光功能LED燈具。

　　至于臺灣方面，雖也無(wú)相關(guān)法規要求，但已有燈具廠(chǎng)商導入調光驅動(dòng)IC，其應用的市場(chǎng)大多仍為娛樂(lè )型照明市場(chǎng)為主，一般室內照明、戶(hù)外照明與應急照明皆未開(kāi)始普及，未來(lái)若節能法規有更進(jìn)一步的制定，相信節能型LED照明將更為盛行。

　　除了調光器架構的選擇各有優(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)品設計要經(jīng)過(guò)許多測試驗證，若未做好光學(xué)模擬與散熱模擬，將導致產(chǎn)品量產(chǎn)后出現品質(zhì)瑕疵。為解決此一問(wèn)題，使用專(zhuān)用模擬軟體搭配三維(3D)模型為L(cháng)ED進(jìn)行準確的模擬分析與驗證，已成為L(cháng)ED燈具開(kāi)發(fā)不或缺的重要環(huán)節，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，還可避免因錯誤的模擬結果，而衍生重復制作大量模型機所造成的成本負擔。而模擬的流程與成效將會(huì )影響產(chǎn)品能否在最短時(shí)間內得到可行性的確認，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)模擬流程應先建立3D模型后，再建立光源，緊接著(zhù)建立一個(gè)觀(guān)察面，再透過(guò)如Trace Pro、Light Tool等主要模擬軟體進(jìn)行分析，若遇到較復雜的光學(xué)結構，則可能須要使用如ZEMAX、Code V等輔助軟體來(lái)觀(guān)察結果，若測試結果可行，則輸出結果；若測試結果無(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)模擬最佳化的結果輸出后，便可開(kāi)始進(jìn)行散熱模擬。莊世任強調，進(jìn)行散熱模擬可減少打樣時(shí)不必要的浪費，且經(jīng)由分析軟體所得的數據與實(shí)際的溫測誤差能在5℃之內，讓研發(fā)人員可先行掌握產(chǎn)品的參數。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，除要相當熟悉模擬軟體外，研發(fā)人員更須具備豐富經(jīng)驗，才能快速查驗出是哪個(gè)環(huán)節出差錯。然而，并非每家廠(chǎng)商都能找到優(yōu)秀的模擬驗證人才，也因此，現今有些LED廠(chǎng)商為了抄捷徑、省人事與時(shí)間成本，直接抄襲國際大廠(chǎng)外型設計，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)現與大廠(chǎng)品質(zhì)相差甚遠，導致商譽(yù)受損。