让LED设计与众不同

　　本文将探讨几个简单的LED设计，虽然这些例子都值得深入讨论，但在此仅着重于延伸创意应用的开端。在此阶段中，成功的关键就是利用微控制器在电路上增加基本的智能型特性，让白光的LED设计也能如有色LED一样灵活运用。 

　　随着LED市场持续增长，灯光照明设备厂商面临的压力与日俱增，除了维持既有的市占率外，还得设法与数以百计想抢占这场高达20亿美元商机的新进厂商竞争。但多数厂商除了对标准的日光灯泡与白炽灯泡较熟悉外，并无其它电子装置设计的经验，对这些厂商而言，最迫切的问题就是如何让其灯光照明产品拥有与众不同的设计。

　　现阶段许多照明厂商在思考产品独特性时，或许会想到利用彩色LED混合出各色灯光，也就是所谓RGB、RGBA等应用，而这类设计也正巧符合建筑或舞台灯光设计的需求。然而，大多数产品都还是照着相类似的应用原则设计，导致缺乏想象力的设计充斥市场，这样的现象也正侵袭广大的白光市场。

　　大多数工程师在白光设计上都采用因循的手法，将若干颗厂制LEDs（例如Lumileds）的流明度提高至与日光灯相同，甚至更高，再装上安定器灯座就可宣称其优越效能，然而这并非达增长期成功期望的好方法。截至目前为止，市场上几乎还没有可取代现阶段应用的新技术出现，倘若无更广泛的用途，对仍抱持诸多期待的LEDs客户来说，都是不幸的损失。

　　本文将探讨几个简单的LED设计，虽然这些例子都值得深入讨论，但在此仅着重于延伸创意应用的开端。在此阶段中，成功的关键就是利用微控制器在电路上增加基本的智能型特性，让白光的LED设计也能如有色LED一样灵活运用。

　　调整色温

　　第一个差异化设计关键的例子就是沿着黑体轨迹调整色温的能力。为何厂商要利用混合色光的方式呈现是很显而易见，但对白光而言就很难利用同样的方式套用。随着灯光照明设备的客户对灯光越来越敏锐，对3000K到6500K之间的色温提供也越来越需要，这也表示设计人员能继续维持单一白光灯具的设计，而不需要根据关联色温（Correlated Color Temperature；CCT）的规格不断地做调整。

　　值得注意的是，白光色温的调整一般在实际上是透过混色LEDs完成的。这原本是利用简单的RGB接口完成的，但设计人员也很快地注意到其Color Rendering Index（CRI）的表现相当差。CRI是能否重现自然光下物体颜色的重要指针，特别是在显示器中发光应用。因为珠宝商不会想让他的宝石看起来毫无光泽。为了解决这种疑虑，设计人员便会尝试采用RGBA、RGGB以及RGBW配置方式，而每种配置都有其好用者。智能型设计能有效计算在被驱动LED区域所需的暗色（dimming）比率，就能确保设计人员无论选择哪种LED配置方式都能获得最佳CRI指标。目前已有许多公司，例如Future Electronics，就是利用这样的方式，成功协助设计人员完成这项以往很困难的工作流程。

　　然而即使拥有高 CRI指标也并非设计上的首要之务，通过某种简单的调整也能有效提升整体设计，这次只需两排白光LEDs，一排冷色温，一排暖色温。这种方式能让设计人员在相同的流明度下，轻易设计出有别一般日光灯泡的独特产品。

 　　通讯技术中的智能型设计

　　第二种兼具智能型与独特性形式的就是在通讯方面的设计。即便是在稳定的白光应用上，在既有基础建设中更新灯具作业，让设计人员也能一并将网络功能导入，而且无须配置另外的网络线，这是相当重要的优点，因为少有设计人员愿意加上所费不赀的额外配线。不过在通讯上可发挥的潜力却相当大，例如透过中央控制器就能控制亮度的高低与色温。

　　电力线通讯（Power Line Communication；PLC）的技术是利用既有的电力线传送通讯讯号，如此可省下网络配线的成本。已有案例显示PLC可将2.4kbps FSK的调制讯号稳定传送超过100m的距离，这项技术可适用于家庭或办公室的应用。由于PLC通讯传输与电力线的电压值无关，因此即使面对不同的使用状况也不需要重新设计电路。值得一提的是，透过电力线或Ethernet传输，PLC也能达到更高的带宽，有些厂商甚至已设计出高达200 Mbps的传输速率。

《图一　电力线传输在家电控制的应用》
 

　　利用不同的无线通讯技术同样可以减少家中或办公室中布线混乱的困扰。无线传输解决方案的可靠性正在不断进步，包括能消除来自其它家电用品，例如，微波炉的干扰。由于已有厂商推出模块化的解决方案，整合无线技术已比以往简单许多，利用简单的序列传输接口就可以连接至主要微控制器，如此就无需通过像FCC验证的设计挑战。在娱乐用的照明市场中，加入无线技术的运用将会变得特别有趣，因为灯光摆设位置将不用再受到线路的控制。

《图二　可遥控灯光的无线USB（WUSB）控制器》
 

  
　　周边功能

　　除了光线调整和通讯技术外，有创意的设计人员依然可以从接下来要谈的周边功能找到开发独特产品的方法。

 　　由于能源成本不断升高，许多公司都在寻找更多提升其附加价值的方法，而符合能源之星（EnergyStar）规范便成了许多产品的重要卖点之一，这也强迫设计人员寻找更独特的电源管理方式。显然一般在销售LED产品时都会标榜此项特点，因为其能源效率较一般灯泡高四倍左右。厂商只要能利用外加的周边控制提升能源使用效率，就能突显其独特性；而且只需利用便宜的环境光线传感器或是红外线PIR传感器就能达到这些目的。

 

《图三　红外线PIR物体传感器》

　　大家都知道环境光线传感器或PIR传感器的基本功能，这里不再赘述。关键就在于追踪光线强弱与物体存在，能否大幅减少灯具的整体耗电量，以下是几个参考例子。

　　环境光线传感器会根据每天的不同时间追踪光线变化，并且调整办公室的照明网络。PIR传感器则可应用在汽车、房间、家中等环境以侦测人或物体的进出以开启或关闭灯光。就算是最简单的家电器具的显示灯都能利用简易的传感器，让它只在必要时候才亮灯。

　　最后一项让产品与众不同的周边功能就是增加的电容式控制技术，也就是用电容式的感测轨迹接口取代机械式按键或开关，除了能让外型更为美观，也能达到装置的密封性。这种控制接口在MP3与手机市场中受到极大的欢迎，也引发大家对此技术在照明应用上的兴趣。而且由于目前投入开发电容式解决方案的厂商正在迅速增加中，所以设计人员为自家解决方案寻找合适当应用的能力也逐渐提升。

《图四　飞利浦（Philips）电容式灯光遥控器》

 
　　以下所提的两个例子都是利用很简单的方法将该技术运用在照明市场中。第一个例子是单纯的开关控制或是亮度调整杆，这种基本的附加功能让厂商能很轻易地运用在其LED墙面投射式照明灯或桌灯上，此外，控制杆还能和先前提到的白光控制搭配使用，达到设定灯光色温的目的。

　　把电容回路的灵敏度提升，就能把单纯的开关变成近距感测开关（proximity switch），只要在灯具附近挥一挥手就可以开灯。像这样极具特色的产品完全不需要对LEDs本身做任何额外的加工设计。

　　结语

　　对于有创意的设计人员来说，LED市场是能发挥所长，并能在众多逐渐增长的竞争者中脱颖而出的绝佳机会，而LEDs的特性所代表的也是照明应用的无限可能。设计人员若能好好掌握这些特点就能在这场竞争中稳操胜算。上述差异化设计的概念只是冰山一角，我们更期待未来能看到其它推动市场前进的更多创意。

---作者任职于Cypress赛普拉斯半导体；本文所讨论的所有例子，从灯光调整、通讯应用、到周边功能，都能利用Cypress现有的应用指南与韧体，将这些功能整合到既有的设计中。