為打造兼具節能、高效的智慧照明系統，利用MCU與可調光驅動器進行環境感測、高效能調光已是現今LED照明系統盛行的設計趨勢；除此之外，光學與散熱的模擬亦是確保LED產品的可靠性和安全性不可或缺的開發環節。
電路設計與系統模擬是實現發光二極體(LED)智慧型照明系統的兩大成敗關鍵，其中在電路設計方面若加入微控制器(MCU)，不僅可全天候監控LED裝置并即時回報異常狀況，還能對照明設備進行群組控制以調節能源，使照明系統更具智慧化；而為加強LED光源穩定度，將可調光驅動器導入電路設計中，則可解決光源閃爍的問題，并提升能源使用效率。
另一方面，透過光學與散熱的模擬過程來驗證產品可行性更是至關重要，此舉不僅可確保產品安全性，在模擬過程中，更可加速產品的開發時程，提升市場競爭力。
實現智慧照明系統 MCU角色吃重
隨LED的使用日趨普及，應用也越來越多元，其中智慧照明系統的商機更受到業界期待。為打造LED智慧照明系統，導入MCU可實現亮度自動調整、顏色自動變換、環境感測，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，但在長時間使用下，LED的光輸出仍會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，同時應用方面，也會因燈光無法變化顯得較單調乏味。
朱淡森進一步指出，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，依照每個不同時段調整亮度以節約能源，或者透過MCU中的數位可定址照明介面(DALI)進行遠端群組控制，以及隨時監控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燈不再僅只是開與關而已，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LED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主要應用于娛樂型裝飾照明市場中常見的T4、T8等中小型螢光管以及球泡燈。
對娛樂型裝飾照明市場而言，由于娛樂性表演內容五光十色，不僅重視智慧自動調光，對LED照明燈具的使用壽命、發光效率以及燈光的穩定性也相當要求，因此可調光驅動器為解決上述問題，開始被設計于照明系統中。
LED照明拚效率 可調光驅動器力挺
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，為實現高效能調光并解決閃爍問題，德州儀器(TI)日前發表兩款高度整合的相位可調光交流對直流(AC-DC)LED照明驅動器，可充分滿足改裝燈泡(Retrofit Bulb)、LED安定器(Ballast)、筒燈(Downlight)及聚光燈(Spot Light)等燈具的調光需求。
德州儀器亞洲區類比產品市場開發電源應用產品資深應用工程師蕭益州表示，內建可調光電源驅動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常維修。導入可調光電源驅動積體電路(IC)的LED燈，不但兼顧LED較傳統燈泡省電80%、使用壽命至少兩萬小時的優勢特性外，更能進行調光，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，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準確定義電流的上下限，省去客戶不停校正的時間成本，且因其高性能的結構，能減少支援該驅動IC的周圍零件，進一步降低客戶的成本。
蕭益州進一步指出，目前德州儀器一系列可調光驅動IC主要銷往日本、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隔離設計的LM3448，而有無隔離的設計，對LED燈具整體成本的影響約為2%，一切端看客戶需求而定。
蕭益州表示，在相關節能法規的要求下，目前日本、歐美等已開發國家皆已大量采用有導入可調光驅動IC的LED燈具，而開發中的國家如中國大陸，因尚無相關法規要求，所使用的則為成本較低的無調光功能LED燈具。
至于臺灣方面，雖也無相關法規要求，但已有燈具廠商導入調光驅動IC，其應用的市場大多仍為娛樂型照明市場為主，一般室內照明、戶外照明與應急照明皆未開始普及，未來若節能法規有更進一步的制定，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缺點(表1)外，為加速LED產品上市時程與降低整體開發成本，在產品正式開模生產前，利用光學模擬與散熱模擬來驗證產品可行性，已成為相關業者克敵制勝的重要利器。
加速LED開發有撇步 光學/散熱模擬不可少
綠明科技總經理莊世任表示，透過光學與散熱模擬，可讓LED產品盡早推向市場，并確保品質與可靠性。
由于LED的產品設計要經過許多測試驗證，若未做好光學模擬與散熱模擬，將導致產品量產后出現品質瑕疵。為解決此一問題，使用專用模擬軟體搭配三維(3D)模型為LED進行準確的模擬分析與驗證，已成為LED燈具開發不或缺的重要環節，以確保未來LED產品的品質與可靠度。
莊世任進一步指出，進行光學與散熱的模擬，最大的目的除了加速產品上市時程外，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影響產品能否在最短時間內得到可行性的確認，進而影響到上市時程，因此，有效率的進行產品光學模擬與散熱模擬舉足輕重。
正確的光學模擬流程應先建立3D模型后，再建立光源，緊接著建立一個觀察面，再透過如Trace Pro、Light Tool等主要模擬軟體進行分析，若遇到較復雜的光學結構，則可能須要使用如ZEMAX、Code V等輔助軟體來觀察結果，若測試結果可行，則輸出結果；若測試結果無法得到最佳化，則退回上一步流程，重新校正與模擬分析。
待光學模擬最佳化的結果輸出后，便可開始進行散熱模擬。莊世任強調，進行散熱模擬可減少打樣時不必要的浪費，且經由分析軟體所得的數據與實際的溫測誤差能在5℃之內，讓研發人員可先行掌握產品的參數。經由上述模擬的步驟后，可更加確保產品可靠度。
進行有效率的光學模擬與散熱模擬，除要相當熟悉模擬軟體外，研發人員更須具備豐富經驗，才能快速查驗出是哪個環節出差錯。然而，并非每家廠商都能找到優秀的模擬驗證人才，也因此，現今有些LED廠商為了抄捷徑、省人事與時間成本，直接抄襲國際大廠外型設計，忽略光學與散熱模擬的重要性，直到產品量產后，才發現與大廠品質相差甚遠，導致商譽受損。