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LED

LED照明驱动技术现状及市场应用格局

伴随照明需求的多样化,LED照明由于其稳定高效的特点在各类使用场景得到了广泛的发展,其中LED照明驱动芯片技术和制程的持续更新迭代成为照明产品持续发力的关键器件。据高工产研LED研究所(GGII)统计,中国LED照明市场产值规模由2016年的3017亿元增长到2020年的5269亿元,年均复合增长率达到14.95%,2021年中国LED照明市场规模已达5825亿元。

下面,就LED照明通用芯片和智能芯片展开叙述,介绍这两大类照明驱动芯片的技术现状和市场应用格局。

通用驱动芯片技术: 集成度、可靠性和降低对电网干扰

通用驱动芯片技术发展的早期,一般仅要求实现照明恒流和简单的保护功能。随着照明需求的发展,通用驱动芯片技术不再满足于基础的LED照明需求,而是逐渐向着如何更好地提高芯片集成度、系统可靠性、减少对电网的干扰等方面发展。

历史发展中的恒流精确度等指标成为通用驱动芯片合格与否的必要标准,而各个厂商面临的技术挑战、衡量芯片先进性的指标则指向了芯片集成度、可靠性以及降低对电网的干扰等需要投入更多科技人员、研发精力的研究方向。

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智能驱动芯片技术: PWM/模拟调光、低功耗和高兼容性

智能照明即照明的智能化,通过LED照明驱动芯片接口对LED灯亮度、色温、色彩等进行调节,并集成Wi-Fi、蓝牙等智能模块,来实现对照明设备的智能化控制。

LED调光方式

目前市面上的LED调光方式根据不同技术、不同协议分类颇多,总结下来可以把LED调光方式分为智能化可编程、MCU控制的智能调光技术和机械调光、不能MCU控制的可控硅调光和手动开关调光。各种调光方式都是在不同时期根据需要而相应产生,故其适用对象和范围也不同。

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可控硅调光是采用可控硅切角技术进行调光的,属于机械调光的一种,这种调光方式可追溯至白炽灯时代,是LED灯最早采用的调光方式,其凭借低成本优势在照明界称霸多年。但也存在一定缺陷,在导通可控硅整流器件之前,电压是急剧增加的,容易导致LC滤波器振荡,从而引发可闻噪声和频闪的问题。

手动开关调光/切色利用在规定时间内开关墙壁上的开关来达到调光/切色的目的。这种技术最早在在CFL节能灯具上使用,后来延伸到LED照明上,控制芯片同时完成恒流驱动和开关调光控制,方法简单但只能按预先设定的亮度循环手动调节。

智能调光技术

跟通用照明或普通调光不同,智能调光技术须集成Wi-Fi、蓝牙、红外、雷达、声控等智能模块,通过LED照明驱动芯片接口对LED灯亮度、色温、色彩等进行手机APP、蓝牙、红外遥控远程调节。

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智能调光技术主要有三种方式,一种是PWM截波调光方式(Philips专利),该方式实现简单,调光深度好,但无法解决频闪问题;另一种是模拟电平调光,该技术可以实现无频闪调光,但调光深度无法做高;第三种则是PWM转模拟调光方式,即通过芯片的电路设计技术,将外部输入的PWM调光信号在芯片内部转换为模拟调光,同时解决频闪和调光深度不足的问题。

除智能调光技术,鉴于智能产品的特性,下游厂商对智能驱动芯片能否保证智能产品的低功耗、高兼容性也提出了越来越高的要求。

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总结

根据前瞻产业研究院和国元证券的研究报告,2019年、2020年,中国LED照明产品的产量分别约为120亿只、132亿只。结合LED照明市场规模的增长,2021年中国照明产品产量约为145亿只。

在调光照明细分领域,智能调光产品总出货量近三年分别约为8亿只、13亿只和19亿只,开关调光和可控硅调光产品基本均分余下份额。

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随着智慧城市、全屋智能等概念的提出,更智能化的照明体验和应用越来越受到关注。从LED照明产品市场分布可以看出,真正意义上的智能调光产品目前约占整个照明市场的13%左右,发展前景广阔且智能驱动芯片属于较为新兴的技术领域,仍然存在需要进一步攻克的技术门槛,需要广大芯片供应商共同的努力和攻坚。


作者丨北京大学上海微电子研究院兼职教授 颜重光 

责任编辑:赵强


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