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LEDエキストラをお楽しみください
ソリッドステート照明と高輝度LEDは、文字通り世界を見る方法を変えています。 LED照明の環境上の利点は2つあります。第1に、この技術自体は光子を発生させるエネルギー効率の高い方法であり、タングステンフィラメント、白熱電球、またはコンパクト蛍光灯に対して測定したときの操作コストの点で魅力的です。これだけで、伝統的な照明をソリッドステートの代替品に置き換える価値があります。
第2に、高電圧ACラインとは対照的に、低電圧DC電源から動作する技術への移行は、効率の点でだけでなく、照明の使用方法においてもさらなる可能性を生み出します。
これは、単純な「ブランケット」照明を超えています。ゾーニング、シーンまたはムード照明、環境や住人のニーズに対応しやすい照明のコンセプトを紹介します。
経済的な機能
LED照明の有効性は十分に観察されており、その継続傾向を予測する「法律」さえある：ハルツの法則。これは、LED照明によって発生するルーメン当たりのコストが10年ごとに10倍減少することを示しています。
これは、LEDが2020年までに200lm / Wを生成できることをきっちりと予測しており、業界はこれを達成するのに十分な軌道に乗っています。
しかし、高輝度のLEDでも依然として光子としてダイオード接合部に供給されるエネルギーの約半分しか使用せず、残りは単に放散されなければならない副生成物として熱を発生するだけであることは注目に値する。接合部温度が約150℃を超えないようにする必要があり、これを維持することはLED技術に基づいた照明器具を設計する上で重要です。
直接行く
交流電流で駆動すると半サイクルごとに完全にオン/オフする単純なAC電源の照明器具とは異なり、LEDライトは定電流で給電されると最も効果的です。このパラメータを調整することによって、光の明るさと色を変更することは可能ですが、それには精密な制御が必要であり、一般的に従来の照明を駆動するよりも厳しいです。
今日、ほとんどの照明器具は、LEDが必要とする低電圧、低電流のDC電源ではなく、AC電源で動作しています。これは、従来の電球をLEDで置き換えるには、ある種の変換が必要であることを意味します。
従来の固定具で使用することを意図したほとんどのLED電球では、電球内で変換が行われる。このため、AC電源に接続したまま、LEDまたはLEDストリングに一定のDC電源を供給するために必要なすべての機能を集積した小型で低コストの製品が求められています。
LEDは順方向バイアスされた場合にのみ導通するため、電源電圧は正のままである必要があり、全波ブリッジ整流器をLEDドライバに統合するのは困難ですが、シャントレギュレータを含めることができます。
これは、オン・セミコンダクターのFL77944 LEDダイレクトACドライバの場合です。これは、アナログまたはデジタル（PWM）および位相カットを含むさまざまな方法で調光を実現できる高出力LEDドライバです。
簡略化したブロック図を図1に示します。 
LEDストリング専用の4本のピンがあり、それぞれに最大150mAの定電流シンクが内蔵されています。 3本のLEDストリングは最大500Vの電圧を受け入れ、4回目は200Vまでの電圧を受け入れることができます。
図2 
120Vacから動作する典型的なアプリケーションを示していますが、デバイスは90Vac〜305Vacの広い入力電圧範囲を持ち、どの地域にも適しています。
オンセミドライバは、ブリッジ整流器を含まない2つの外部部品で動作することができます。このデバイスは、整流された電源を調整する必要性を巧みに避けています。
図3 
整流されたライン電圧が上昇すると、電流シンク・ピンの各々に取り付けられた一連のLEDの順方向電圧レベルに達することを示している。したがって、電流はすべてのLEDストリングに電流が流れるまで、順番に各LEDストリングに引き込まれます。各ストリングによって引き出される電流はバランスがとれています。任意の時点で順方向にバイアスされる文字列に応じて増加または減少する。これにより、スムーズな動作が保証され、周波数の高調波が低減され、力率が改善され、EMI全体が低下します。
オン・セミコンダクタは、FL77944が0.98の一般的な力率と20％未満の全高調波歪みを達成できると主張しています。調光入力はアナログまたはPWM調光をサポートしており、LEDを流れるRMS電流は調光入力の電圧レベルに比例して変化します。
このデバイスは、前縁/後縁トライアック調光とも互換性があり、AC波形は、ハーフサイクルの立ち上がりエッジまたは立ち下がりエッジまたは立ち下がりエッジのいずれかのフェーズで切断されます。これは本質的に負荷への電力を調整するAC形式であるため、すべてのLEDドライバがトライアック調光AC電源から動作するわけではなく、逆に、すべてのトライアック調光器がLEDドライバで動作するわけではありません従来の照明器具と同じ荷重プロファイルである。
接続された照明
リーディングおよびトレーリングエッジの調光は本質的にレガシー技術であり、必ずしも簡単に自動化することはできませんが、PWM調光は本質的にデジタルであり、理論的には純粋に電子的手段で制御する方が簡単です。これは、IoTの一部を形成するために、リモートで監視および制御することができる接続されたインテリジェントな照明システムへの移行をサポートします。
ワイヤレス通信は、スマートな照明の基本的な部分であり、純粋に顧客中心の機能ではありませんが、これは明らかに従来の照明システムに勝る大きな利点です。
接続されたシステムは、現場でエンジニアを用意することなく、幅広いインストールシナリオに対して単一の設計を調整できるため、スマートになります。メンテナンスの負担を軽減または軽減することは、IoTの主な利点です。特に、スマートライティングには、インストールごとに異なる可能性があるため、適用されます。これらのバリエーションを設計したり、無線アップデートを使用してこれらのバリエーションを提供することは、LED中心の照明環境の基本的な部分です。
これが実際にどのように達成されたかの例は、ZigBeeとThread用のEFR32MG Mighty GeckoメッシュネットワークワイヤレスSoCをベースにしたSilicon LabsのZigBee接続照明キットによって提供されています。
このキットは、「すぐに使える」ように構成され、ZigBeeネットワークに参加する準備ができています。 Silicon LabsのUSB仮想ゲートウェイなど、ZigBee Home Automation 1.2準拠のゲートウェイが必要です。ファームウェアは、Silber LabsのWebサイトに登録されている開発者が利用可能なEmber ZNet Proスタックに基づいています。
キットがネットワークに参加すると、ゲートウェイはキットの機能にワイヤレスでアクセスします。これには、LEDの強度、色、色温度の設定が含まれます。これは評価キットなので、他の機能も検討でき、外部LEDドライバの制御に使用できるPWMテストポイントも含まれています。
ファームウェアには構成クラスタ・サーバー・プラグインが含まれているため、コードを再コンパイルせずに製造プロセス中に変更を加えることができます。これには、一部のLEDドライバに必要なPWM周波数を調整すること、または地域の制限に従ってデバイスの送信電力を変更することが含まれます。
ファームウェアを変更せずにこれらの機能を変更する機能により、複数の製品バリエーションで同じバイナリイメージを使用することができます。
調整に使用されるコマンドは、任意のホームオートメーション1.2準拠のゲートウェイから発行できますが、必要な場合は、後続の更新が受け入れられるのを防ぐために予約されたコマンドもあります。 PWM出力の設定に使用されるコマンドは、特定のLEDドライバと組み合わせて製造元の要求に合わせて使用することを意図しています。
Mighty Gecko、ZigBee、ThreadのSoCファミリーは、この種のアプリケーション専用に開発されました。ここに見られるように 
図4に示すように、この製品の主な機能ブロックはCortex-M4と無線トランシーバですが、アナログ・チャネルに接続できるアナログ・チャネル専用の最大31本のピンもサポートしていますADC、および電流出力DACを備えています。
このトランシーバは2.4GHzで動作するように設計されているため、Bluetooth Smart、Zigbee、Threadなどのプロトコルや独自のプロトコルをサポートできます。
また、EFR32MGには、メインCPUをスリープモードから外すことなく、トリガに基づいて情報を送受信することにより、さまざまな周辺機器を自律的に動作させることができるSilicon Labs周辺リフレクションシステム（PRS）が搭載されています。
これにより、バッテリ駆動アプリケーションのシステム電力要件を大幅に下げることができます。 LED照明の低電力特性と相まって、これは、地方のようなAC電源が利用できない地域に位置する可能性のあるバッテリ駆動の接続照明の可能性を生み出します。また、一定のRFトラフィックが望ましくない「ノイズ」を発生させる可能性のある領域で、ワイヤレス通信を制限するためにも使用できます。
すべての要件を満たす
EFR32MGはスマートな照明ソリューションの核心となるように設計されており、LEDライトをゲートウェイ経由でリモートでアドレス指定して制御することができます。
これは、宅内では家の所有者またはビジネスマネージャーによって照明をワイヤレスで制御できることを意味し、別のサービスプロバイダーにも制御権を与えて、世界中のどこにでもあるコントロールセンターを作成して、または大陸。その意味は、どんな大きさの光も接続され、集中的に制御できるということです。これにより、広範囲のLEDドライバが必要となりますが、そのすべてが高電力LEDを駆動できる必要がありません。
関連する例は、DiodesのAL5802です。このデバイスは、できるだけ少ない外付け部品で20mA〜100mAの電流で低電流LEDを駆動するために特別に開発されました。 
図5に代表的なアプリケーションの例を示します。トランジスタQ1は、外付け抵抗両端の電圧を検出することによってLED負荷に流れる電流を検出するために使用されます。 Q1のベースエミッタ電圧は、Q2のベース電流を制御するために使用されます。線形モードで動作するQ2は、LEDを流れる電流を調整します。
複数のデバイスを並列に使用すると、必要に応じてより高いLED電流を実現できます
（図6）、AL5802はPWMベースの調光もサポートしています
（図7）。
システムレベルのソリューション
LED照明は、少なくとも2022年まで従来の照明に取って代わられ続けると予想されます。その時までに、「従来の」という用語は、今日の技術よりもむしろLED照明を指すために使用されることがあります。
多くの半導体メーカーは、一般にドライバーのカテゴリーに属するさまざまな製品を開発することによって、この需要に対応しています。 AC電源は徐々に接続され、低電圧DCを供給するコンセントや配線ネットワークに置き換えられる可能性があるため、製品の構成はうまく変わる可能性がありますが、その需要は消散しにくいでしょう。
その固体状態の性質は、単一の基板またはマルチチップモジュール上のエミッタと並んでインテリジェンスを統合する機会であっても、従来の照明よりもはるかに高い可能性を提供します。そのパラダイムはまだまだ時間がかかるかもしれないが、基礎を成す技術への継続的な投資は価格の低下を持続させ、効力を引き上げる。これらの傾向は、LED照明の非常に明るい未来を指しています。
図8 
これらの技術を組み合わせることで、既にいくつかのコンポーネントを使用して達成することができ、既存のフィクスチャにLEDを簡単に組み込むことができるため、ローカルまたはリモートで制御できる接続照明システムを迅速に構築できます。
公共の場所での接続された照明はまた、より広い可能性をもたらし、スマートな都市の例は、スマートな都市の適切なアプリケーションを実行している近隣の誰にでも消費者の申し出をブロードキャストするBluetoothビーコンとして機能するためにLED街灯を接続して使用しています。それは誰にも魅力的ではないかもしれませんが、同じ原則を使用して、例えば、重要なサービスメッセージをブロードキャストするための工場での全ワイヤレスカバレッジを提供することができます。いったん接続性がどのアプリケーションでも初期値を確立すると、それを構築するのは比較的簡単です。
インターネット用語では、これらは「オーバートップ」サービスと呼ばれ、スマートな照明でそれらが開発されることを期待するのは完全に合理的です。
