互联照明驱动智能建筑应用市场快速增长

互联照明驱动智能建筑应用市场快速增长

互联照明通过网络连结以接收与传送信息，将使照明设备更智能、更节能、更易于管理，结合可见光通信 (VLC) 技术，将可提供室内定位功能，使其应用范围更为宽广，市场成长空间将极为庞大。本文将为您介绍互联照明相关技术的发展，以及由安森美 (onsemi) 所推出的NCL310xx 智能 LED 驱动器系列的产品特性与优势。

全球互联照明市场极具发展潜力

顾名思义，互联照明便是可以进行网络连结的照明设备，又可称之为智能照明，照明设备通过网络连结，便可以进行远程的照明管理，这是智能建筑的基础功能之一。如此一来，将能使电源的使用拥有更高的效率，若能集成各式各样的传感器（房间占用率、温度、湿度、CO/CO2……），以及通过LED、PoE和KNX设备进行寻址，将更能有效地管理建筑物内各个房间的使用状况，实现更智能的建筑物管理。

依据市场调查显示，在2020年的全球智能照明市场约有89亿美元，预计到2027年则将成长到289亿美元，复合年增长率（CAGR）将可达到18.3%，取决于来源和时间表，复合年增长率将在15 ~ 30%之间，极具市场发展潜力。

采用可见光为载体的数据通信技术

可见光通信（VLC）其实并不是什么新技术，早在1880年代的贝尔实验室推出的光电话便是采用VLC技术，发展历史比无线电还早，其采用的可见光的频率介于400 THz（波长780 nm）至800 THz（波长375 nm）之间，VLC是使用可见光为载体的数据通信技术，数据传输速率较低（kb/s）。

可见光无线通信技术（Light Fidelity，简称Li-Fi），是一种利用VLC来实现互联网的信息传输。通俗地说，可见光无线通信技术就是以各种可见光源作为信号发射源，通过控制器控制灯光的通断，从而控制光源和终端接收器之间的通信。Li-Fi是一种允许双向传输光的VLC形式，不同的是，它不是采用无线电频谱，而是通过配备特殊芯片的LED灯具控制，利用可见光谱来传输数据。

Li-Fi具有高带宽（其带宽是Wi-Fi的1万倍）传输能力，在5米（16英尺）的距离内使用白色LED时，速度为500 Mbit/s，在实验室条件下使用五个LED时，在更远的距离上速度为100 Mbit/s，并具有高安全性（室内电脑、行动终端信息不会泄露到室外）、节能等特点。尽管Li-Fi灯具必须保持打开状态才能传输数据，但是灯具可以调暗至人眼看不到的程度，却仍然能够执行数据传输。

此外，运用VLC技术还可以进行室内定位，使用调光功能（通过MCU控制）用于传输数据，通过保持平均的LED输出电流，来载入人眼无法察觉的信号，当使用外部接收器（智能手机、平板电脑…）时，手机或平板上的图像传感器可以接收并读取数据，并便利用手机处理器来计算出位置信息。另一方面，目前一些灯具可以通过采用Yellow Dot通信协议，定义了PWM频率、占空比和符号率的VLC方案来传输信号。

支持定位功能的可见光通信技术

相较于射频无线通信技术，VLC拥有更高的抗干扰能力，对反射不太敏感（适用于金属环境），并且不会受到附近射频发射源的影响，也不会对其他通信系统造成影响，更适合应用对电磁干扰敏感的场域，像是飞机、医院、有爆炸风险的场域，并具可扩展性，通信渠道不会因为使用大量接收端设备而饱和，且具有更高的安全性，其本质上仅限于视距范围内通信（不穿墙），可依据光源来定位。此外，VLC系统复杂性也相对较低，无需额外的功率放大器和信号链，可降低功耗和设计复杂性。

想要利用VLC来进行室内定位时，首先可将每个LED灯具设定一个唯一的ID，并布建与指示出该灯具在建筑物内的位置，然后LED可通过VLC发送信号至接收器端，接收装置接收到信号并译码后计算出位置信息，接收装置可以是摄像镜头（模块）或是光电二极管（photodiode），其精确度可以准确到15公分。

以移动机器人运用VLC进行室内定位为例，其定位精度可达到几十厘米，并可抗射频干扰，由于信号仅限于建筑物内部，因此本质上相当安全，且指令可以通过灯具网络单向传输，并可通过增强的现有射频基础设施来进行双向传输。定位时在平面图数据库会包含灯具位置和唯一ID，灯具会连续传输其唯一ID，机器人的光学传感器或摄像头模块则会捕获ID，然后机器人应用三角原理进行定位。

支持可见光通信的智能LED驱动器系列

看好智能建筑市场的发展，安森美推出了NCL310xx智能LED驱动器系列，将通信接口、系统电源、LED驱动器和计量功能全部集成在一个芯片中，NCL310xx系列智能LED驱动器以高效率、单通道或多通道、互联灯具应用为目标。

NCL310xx系列具有非常高的集成度，提供了两个辅助DC-DC转换器来为微控制器、传感器和其他外围设备供电，包括用于测量和报告输入和输出电流和电压、LED温度和DC-DC电压的精确计量，而整个范围的故障保护和诊断涵盖设备、应用和用户安全。

NCL310xx系列包括集成DC-DC转换器的NCL31000，与为多通道应用移除了DC-DC转换器的NCL31001，以及集成了IEEE802.bt PD（90W）的NCL31010。其中的NCL31000系列具有连通性、集成、控制和定位功能特性，专为PoE设计、可见光通信，支持RF/MCU连接（SPI/I2C串行接口），集成了97%高效的LED驱动器、3.3V降压转换器、在2.5-24V可调降压转换器，支持功率计量，拥有高级光引擎控制能力，真正的可调光至黑暗，可通过多通道功能进行颜色混合与环境设置，室内定位的精度在30cm以内，可启用VLC并与手机通信。

NCL310xx智能LED驱动器系列具有21.5 V至57 V的宽输入电压范围，适用于专有的100 W+应用，集成3.3 V降压转换器（仅适用于NCL31000），集成可调2.5 − 24 V降压转换器（仅适用于NCL31000），集成高效降压LED驱动器，支持44.4 kHz至1 MHz可调开关频率，使用内部精密2.4 V基准，可以0.1%的精度深度调光至零，拥有一流的线性度，具有~50 kHz的高调制带宽，支持VLC能力并与Yellow Dot兼容。

NCL310xx在微控制器重新闪烁（热启动）期间，可用内部DIM DAC进行独立的LED控制，具有低EMI参考设计、I2C/SPI接口，具有可用于测量电压／电流的高精度诊断功能，可防止LED短路和开路，支持LED过压／欠压和过流保护、芯片过流保护、芯片和LED过温保护，结温范围为−40℃至+125℃，提供48引脚QFN 7x7封装，这些器件不含铅且符合RoHS标准。

满足可见光通信需求的双通道解决方案

NCL31000是安森美LED驱动器系列的新成员，专门针对灯具应用，非常适合可见光通信和管理照明系统，能够处理100W+应用，集成了IEEE802.3bt认证的PoE-PD接口和高效降压LED驱动器，支持高线性度高带宽模拟与数字调光和低至零电流的PWM调光。

NCL31000包括一个集成的固定3.3V DC-DC和一个可调DC-DC转换器，诊断模块包含一个ADC，可测量输入和LED输出电流、电压、LED温度、DC/DC电压和电流。快速安全机制可保护芯片的关键模块，并可一起使用具有灵活的状态报告和中断机制的诊断测量。NCL31001与NCL31000相同，只是它不包括两个DC-DC转换器，NCL31000和NCL31001的组合是双通道解决方案的理想选择。

NCL310xx智能LED驱动器系列可广泛应用在室外照明中的互联路灯、建筑照明，室内照明中的办公室照明、工业照明、剧场灯光、医疗照明，在温室农业中的多通道管理照明，在显示器中用于显示数据（电子墨水价格标签、LED显示屏）、专业和高端显示器的背光，以及应用于危险环境。在进行室内定位时，通过VLC，可定位资产和产品的位置，引导客户和乘客，协助仓库自动化、自动导引车定位。

安森美还推出PoE接口智能LED驱动器评估套件 ― NCL31010GEVK，支持IEEE 802.3bt，带高效有源电桥，具备Class 6 / 60W LED驱动能力、RJ45数据直通连接器、通信与控制接口、支持EMI/EMC优化。评估套件包括NCL31010REFGEVB的PoE接口智能LED驱动器参考设计（1英寸外形），NCL31010AASGEVB的PoE LED驱动器Arduino适配器扩展板与环通以太网电缆（RJ45）。

结语

通过采用VLC技术来传输信息的互联照明设备，除了可以提供更易于管理与节能的智能建筑应用，还能够提供室内定位功能，并拥有绝佳的信息安全性，是极具发展潜力的市场。由安森美推出的NCL310xx智能LED驱动器系列，可以广泛使用于室内与室外的互联照明应用，值得有兴趣投入相关产品开发的厂商进一步深入了解。

审核编辑 ：李倩