在不久前落下帷幕的美國拉斯維加斯消費電子展（CES 2013）上，Marvell聯合多個合作伙伴，以“智能家庭”系列產品為主題，推出了多項領先產品。而LED照明作為更加環保智能的照明方式，在“智能家庭”中扮演了重要的角色。不僅如此，在商業照明領域，LED照明的普及也在加速。盤點剛剛過去的2012年LED照明市場，被業內人士形象地稱為“黑馬”的Marvell公司在眾多LED驅動方案商中脫穎而出，引發廣泛關注。

    日前，Marvell公司Green Technology Product技術營銷總監Lance Zheng先生專程從美國飛到中國參加了由易維訊信息咨詢主辦的“2013產業和技術媒體研討會”，特別分享了他對未來幾年LED照明市場的發展趨勢和創新方向的看法（圖1）。

    圖1. Marvell公司參加在“2013產業和技術媒體研討會”LED主題的演講和展示。

    LED照明市場的發展趨勢

    目前，Marvell LED照明市場的劃分策略是室內照明和商業照明兩部分。Lance對LED室內照明市場發展趨勢提出了3點預測：首先，得益于LED燈具價格的不斷下降，2014-2015年LED照明將會進入爆發式增長階段。其次，整個市場將從非調光轉到調光。最后，無線可調光LED燈出現。

    “2012年LED燈成本不斷下探。在美國市場，主流的60W 可調光LED燈泡價格已經由2011年的$40/只降到$20/只，2013年還會降至$10/只，而到2015年預計會到達$5/只的替代臨界價格。所以2013年將是這一市場的關鍵年，而整個室內照明市場將在2014-2015年進入爆發式增長階段。” Lance表示。

    他還指出，成本在非調光燈泡和調光燈泡之間的差異正變得越來越小，主要的成本差別在于驅動。例如Marvell的驅動方案調光與非調光的成本差異僅為20%，所以這推動了LED照明市場轉向調光。在美國，所有主流的零售渠道已經都轉向調光方案，“去年，飛利浦推出了智能照明系統Hue，雖然價格非常高，但是市場的反映非常好。智能照明系統在2013年將會得到進一步發展。”

    至于LED商業照明市場的發展趨勢，Lance指出：第一、產業普及化在加速，如采用LED燈的商場、酒店、零售業、戶外裝置在增多，“舉個例子，如美國的沃爾瑪超市已經全面采用LED照明，其使用的Cree最新的LED照明燈具的商業回報周期已經縮短至1年左右。”    

    第二、基于DALI（數字化可尋址調光接口）標準的數字調光也開始在商業照明方面普及。DALI在10年前起源于歐洲，現在正得到普及和加速增長，在LED領域已經站穩了腳跟，并從歐洲向亞洲轉移。它針對LED特定的功能，不只是調光，也可以調色。

    LED照明走向大眾化的三只“攔路虎”

    盡管LED燈泡的價格在不斷下降，但LED照明對普通消費者而言現在依然是昂貴的。成本居高不下，并且LED驅動電路的體積過大，成為LED照明走向大眾的第一只“攔路虎”。

    如下圖2所示，替代可調光A19 60W 燈泡的LED 燈泡成本目前在$7-8左右。而這其中LED光源和驅動的成本占整個LED燈泡成本的第一和第二位。好消息是去年LED光源的價格下降了很多，不過由于以往LED驅動電路技術還沒有很大的革新，所以LED燈泡的成本還是一直居高不下。

    圖2. LED光源和驅動的成本占整個LED燈泡成本的第一和第二位。

    而LED驅動電路的體積也是個問題。日本是LED照明消費最大的國家之一，其最普及的燈泡E-17體積非常小。還有在歐洲非常火的GU10燈泡，同樣體積非常小。而受限于有限的空間加之對LED散熱的要求，要將LED驅動電路放進E-17或GU10這樣小的燈泡是非常困難的事情。

    LED照明走向大眾的第二只“攔路虎”就是和現有照明架構的兼容性問題。這里最重要的就是可控硅調光器（dimmer）。市場上各種各樣的調光器內部的工作原理并沒有統一的標準。所以，當把LED驅動電子放入LED燈泡中時，就很難與各種調光器兼容。

   “大家知道可控硅調光是非常古老的技術，它主要是給白熾燈使用的。一般的消費者去購買時，并不懂得把與其配套的調光器換掉。所以，當你用LED燈泡替換掉白熾燈燈泡的時候，性能就會有影響。例如，當你裝了LED燈泡后，你會發現調到最低的時候并不是那么低，還可能會閃爍，更糟的是當調到光源最低時就再啟動起不來。這就給消費者的使用帶來很大的不便。”Lance進一步指出。

    LED照明走向大眾的第三只“攔路虎”當屬消費者意愿。說LED可以節能、省電費，但是只有推出不一樣的產品，才能激發消費者的購買欲望。“消費者期望值很高。畢竟一個白熾燈的價格低于50美分，而LED燈泡是10美金，所以消費者對附加值的期望就很高了，就像當初蘋果iPhone推出時一樣。而Marvell的驅動方案不只能夠調光、還能夠調色，若將這種額外的價值提供給消費者，就會讓他們覺得買的值！” Lance表示。

    LED照明普及化的關鍵在于LED驅動技術的創新

   面對上述LED照明普及化過程中的諸多挑戰，對策又是什么呢？

   “我們認為LED驅動電子在整個LED照明商業普及化過程中擔任了最重要的角色。原因有三：第一、LED驅動技術是確保和現有照明系統兼容的一個關鍵技術；第二、對LED照明的成本也很重要（LED驅動成本位居整個LED照明成本的第2位）；第三、是否能夠增進用戶的體驗？” Lance指出。

    創新一：數模混合架構可輕松實現業界最好的調光效果

    既然LED照明普及化的關鍵在于LED驅動技術的創新，那么接下來就來看看Marvell在這方面都做了什么？

    數模混合架構是Marvell在LED驅動技術上的重要創新之一，所謂混合架構就是每個芯片里面都有DSP內核，可以運行算法。除了DSP內核，芯片內部還有一個OTP，內存可編程。程序并不需要用戶自己寫入，而是有一個開發工具，其中所有的算法都是固化的。有了這個OTP就可以調整驅動芯片的調光曲線。另外一個關鍵點在于，與利用單片機運行算法不同，這不需要開發軟件。

    以Marvell在去年推出的單級LED驅動IC 88EM8183為例，其采用了Marvell獨特的混合信號架構和先進的調光控制技術，在算法和架構上擁有幾十項專利技術； 88EM8183可以通過編程OTP和改變外圍電阻進行調光曲線調整。可平滑地實現低至1% LED電流的深度調光，相比之下，同類LED驅動器解決方案一般僅能實現10%至20%的調光。以這種幅度調光，人眼感覺不到光強有很大的變化，因此88EM8183顯著提高了性能。它是業界調光度和性價比最好的方案，調光效率可高達90％，高功率因數（高達0.99），低總諧波失真（小于15％）。

    88EM8183還與絕大部分（TRIAC）壁式調光器兼容，無論是前切、后切調光器，還是數字調光器。其調光器的兼容度可以達到90%，而競爭對手中，做得好的靠近70% 到80%，一般在60%以下。

    特別值得一提的是，88EM8183還能夠提供寬范圍的輸出功率平臺，并提供客戶調光和非調光、高壓和低壓統一平臺。基于88EM8183的商用筒燈也已經推向市場。

    下圖3所示為關于Marvell數模混合架構應用的另一個例子。這是基于Marvell 88EM8801的雙串智能LED驅動方案。應用此方案，可以實現色溫的調節、高色顯指數、高能效，能夠提供最優的接近白熾燈的照明質量。

    圖3. 基于Marvell數模混合架構雙通道LED驅動器實現的雙串智能LED方案框圖。

    創新二：更小尺寸、更低BOM成本、更高效率的Buck-boost非隔離方案

    前文提到，為了幫助OEM和ODM適應各種外形尺寸的LED燈，例如A19、PAR、BR、E17, GU10和Candle，而且不會有損調光性能，要求LED驅動電路板面積盡可能的小。通過采用Marvell的新型混合信號架構和信號處理技術，及盡可能多的將模擬器件集成到LED驅動芯片內部，88EM8183可實現將LED驅動電源所需組件數減少一半以上，從而極大地減小了所需的電源體積。

    特別需要提到的是，除了Fly-back 拓撲結構, 88EM8183還可以支持Buck-boost拓撲結構，這是一種非隔離的驅動解決方案，驅動電路尺寸可以比Fly-back拓撲更小、BOM成本更低許多，而驅動效率則更高許多。

   “我們建議客戶在高電壓低電流LED負載采用非隔離解決方案，這樣驅動效率將達到最大化。”Lance強調，“88EM8183非隔離方案可以直接用在GU10, Candle 和EE17 等非常小尺寸標準的燈泡中，支持這些小尺寸燈泡是優于市面上其他解決方案的擴展應用。”而眾所周知，GU10和Candle是目前出貨量最大的最主流LED燈泡，同時也是各大OEM以及ODM廠商遲遲無法找到合適方案的最棘手的產品。

    Marvell 目前提供88EM8183非隔離驅動方案的完整電路板參考設計，可支持各類輸出范圍應用，而且非常容易導入生產，可幫助客戶達到非常低的PPM（如下圖4所示）。

    圖4 Marvell提供基于88EM8183的非隔離驅動方案的完整電路板參考設計。

    Lance指出：“我們今年剛推出的Buck-boost非隔離方案可以說是業界性能最高，成本最低的方案，驅動成本比競爭對手平均少20-40%。”

    創新三：在LED驅動中加入智能網絡控制

    Marvell聯合創始人之一戴偉立女士在CES 2013上曾表示，Marvell將在2013年進一步發揮強大整合實力，為消費者提供美滿互聯的生活。這里的互聯是關鍵，而將網絡控制功能加入LED驅動就能才能實現真正意義上的智能照明。

    基于前文提到的全球第一款雙通道智能LED驅動芯片88EM8801，Marvell在2012年就開發了一個業界唯一的智能驅動架構（Smart LED Driver），其好處具體來說是可以選擇不同的配置方案。

 


圖5. Marvell智能LED驅動架構及參考設計

    Lance在本次媒體研討會上暢想了幾個應用：“LED燈泡本來已經節能了，加上控制后會更加節能。例如今天加班比較晚，就可以利用手機將家里的燈關掉，在到家前5分鐘再開啟，這不光是節能，而且非常方便。在美國還有一個性能，全家度假時怕小偷上門，就可以把燈打開，一定程度上防止小偷光顧。”

   “因為現在市面上有很多不同的控制方案（Marvell都擁有）。可是客戶需求會有差異，所以我們出臺的該架構，通過更換接口統一的控制模塊，實現不同控制方案的兼容和替換” Lance進一步指出。
基于這樣的架構，Marvell設計了DALI的控制平臺。如下圖9所示。Marvell DALI軟件支持最新版本的DALI標準。DALI端點堆棧提供配置、分組調度、場景管理，并與Marvell 88EM8801集成以提供各種照明控制功能，包括打開/關閉控制、深度數字調光、CCT控制、溫度補償、校正、照明裝置監控和能耗估算。此外，這套DALI控制架構還可實現對基于Web Serve 的管理用戶界面控制

    圖6.Marvell智能照明平臺——DALI（商業照明）。

    對于室內照明平臺，“ Marvell計劃在今年下半年會推出基于Zigbee Light Link (ZLL)協議標準的方案，作為一種低功耗、低成本技術，它在Marvell LED照明平臺等智能家庭相關產品，將會得到很好地應用。”Lance表示。

    圖7.Marvell智能照明平臺——ZigBee（室內照明）。

    Lance在演講最后總結道：“自我們去年推出第一款深度調光的驅動芯片以來，市場反饋非常好，主流的照明公司或者已經量產，或者正在準備量產。中國市場對Marvell是非常重要的一部分，因為整個LED照明產業中有90%企業在中國。我們也會持續投入支持資源，幫助推動LED照明的普及，助力中國LED照明產業成長。”  ▇