由於能源管理與節(jié)能現今已成全球熱門話題，加上智慧型手機逐漸改變人類生活方式，智慧家庭照明系統(tǒng)因此成為照明產業(yè)裡一個備受矚目的領域；這個領域最大的技術進展，就是利用低功耗藍牙（BLE）技術連結網路並提供遙控功能。
低功耗藍牙是智慧家庭自動化與照明領域裡一種十分看好的技術，其為傳統(tǒng)藍牙技術的進階版，同樣使用2.4GHz無線電頻段。相較於傳統(tǒng)藍牙技術，低功耗藍牙較為明顯的特色之一就是耗電更低，因此適合用在LED照明。
從效能、壽命、光的品質與可靠度來看，LED都是照明技術裡面的佼佼者。為LED照明添加智慧功能，可進一步提升相關產品的卓越性。選擇式的開／關功能與亮度控制，可延長系統(tǒng)壽命並減少能耗。
| 圖一 : 低功耗藍牙智慧家庭照明系統(tǒng)之功能方塊圖 |
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當輸入來自AC端且LED為恆定電流DC負載，電力品質就成為LED照明另一個必須處理的主要考量點。LED照明還建議採用IEC61000-3-2 Class C諧波準則、電磁干擾限制（CISPR 15）及能源之星（Energy Star）標章（待機耗能）。因此並不建議使用二極體橋式整流器搭配大容量電容器為LED照明供電。我們建議的智慧型LED驅動器就能解決所有問題。
本文將探討的智慧家庭照明，乃是採用單片式線外LED驅動器及低功率藍牙模組，並透過Android應用程式進行操控。這種智慧家庭照明系統(tǒng)通過所有由監(jiān)管機關建議使用的既有準則，此外它的待機耗能也非常低。圖1是低功耗藍牙智慧家庭照明系統(tǒng)的架構方塊圖。
圖二則是智慧家庭照明系統(tǒng)實際使用的硬體，供生產就緒（Ready-to-manufacture）解決方案開發(fā)用。這套系統(tǒng)的建置主要分為三個面向：LED驅動器電源供應、微控制器單元，還有供使用者操控用的Android應用程式。
| 圖二 : 智慧家庭照明系統(tǒng)的硬體與應用程式 |
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LED驅動器採用離線交直流轉換器，搭配具備高功率因數（PF）和低總協(xié)波失真（THD）的準共振返馳模式；至於能源轉換則採用HVLED815PF，是一種單片式線外初級感測恆定電流LED驅動器。適合低成本低耗能應用，因為初級調節(jié)回授控制（Primary Side Regulation，PSR）並不需要光耦合器產生LED電流反饋。
它還有助於減少成本和印刷電路板面積，且符合國際電工委員會（IEC）針對照明系統(tǒng)所推薦的IEC61000-3-2 Class C諧波準則。這種LED驅動器在歐盟（EU）全區(qū)效率均都超過84%，待機耗電也非常低（<0.5W）。雖然HVLED815PF晶片沒有提供專用的脈寬調變（PWM）調光專用引腳，但脈寬調變調光在這款設計裡仍然是可行的。調光的深度為輸出功率的2.5%。
擁有當LED關閉時仍可運作的線外輔助電源設計，即使處於關閉狀態(tài)電路板仍與公用電力系統(tǒng)系統(tǒng)保持聯(lián)通。SPBTLE-RF（支援低功耗藍牙4.1版、網路處理器模組搭配整合式射頻輸入，且經美國聯(lián)邦通訊委員會﹝FCC﹞認證）與STM32L051（超低功率微控制器）負責網路連接，還有利用Android應用程式進行遙控、開關等功能。
此外還有其他功能，例如利用單一介面進行多重電路板控制，以裝設數款LED照明燈具的一般住家來說，增設這些高級設備時最重要的一點就是節(jié)省電費。表1為智慧家庭照明系統(tǒng)規(guī)格，圖三至圖八則是LED驅動器的測試結果。
(表一)智慧家庭照明系統(tǒng)規(guī)格
Parameter |
Value |
Input Voltage |
185VAC -275VAC, 50Hz |
PF |
>0.95 |
THD |
<20% |
Current Regulation |
<+/-1% |
Efficiency |
>84% |
Dimming |
? 2.5% |
Power Rating Output |
12W |
LED Load |
32V, 330mA |
參數 |
數值 |
輸入電壓 |
185VAC -275VAC, 50Hz |
功率因數 |
>0.95 |
總協(xié)波失真 |
<20% |
電流調節(jié) |
<+/-1% |
效率 |
> 84% |
調光 |
? 2.5% |
功率額定輸出 |
12W |
LED負載 |
32V, 330mA |
上述所提的Android應用程式必須使用支援低功耗藍牙的智慧型手機來執(zhí)行，使用者可在螢幕上拖放以選擇特定照明器具。以往Android智慧型手機只支援一組主從低功耗藍牙連結。
這代表使用者只能使用智慧型手機控制一組低功耗藍牙照明器具。Android 5.0 Lollipop推出後，作業(yè)系統(tǒng)與相關硬體最多可支援七組主從低功耗藍牙連結，這代表即使小家庭也可一次控制七組獨立的低功耗藍牙家電產品，像是燈具、電扇，對製造商來說都是很好的賣點。
該公司為低功耗藍牙照明設計所開發(fā)的Android應用程式，能同時支援七組連結。Google Nexus 9是一款支援多組連結的平板裝置，相關功能可能因行動裝置製造商而有所不同。圖九為Android應用程式搭配智慧照明的運作情形。正如前面提過的，以上所有LED燈具的硬體都支援低功耗藍牙連結。
利用這款Android應用程式，使用者可依如圖十所示選擇智慧照明、燈泡或燈具等選項，然後將智慧照明選項拖放到房屋配置圖。在Android應用程式方面，使用者必須獨立連結每一個LED燈具；一旦建立連結，使用者就能控制個別燈具。
智慧型手機支援不同網路連結技術，為不同產業(yè)部門開啟各式各樣的使用案例，範圍小至家庭自動化大到智慧城市。隨著行動電話成本下滑，加上行動電話連網技術新標準相繼出爐，家庭自動化將出現眾多使用案例，而智慧照明就是智慧家庭自動化的必備項目或使用案例之一。智慧照明提供使用者更多彈性空間，讓他們能利用行動電話控制燈具，同時有助於降低耗電。
智慧家庭照明系統(tǒng)適用於有氣氛照明功能及頻繁操控需求的智慧家庭或場所。LED的變化能帶來不同的照明體驗。這類燈具加上整合式控制功能，就能提供一種可提升使用者體驗的照明解決方案。只要縮小印刷電路板尺寸並使用Android應用程式，就能強化智慧家庭照明在日常生活領域的可用性和普及率。
（本文作者Aman Jha、Ranajay Mallik、Raunaque Mujeeb Quaiser、Jitendra Jain任職於意法半導體類比暨MEMS事業(yè)群中央實驗室）
