LED市場有越來越多的LED電源供應器提供兩種創新功能：近場通訊(NFC)程式設計及恆定流明輸出(CLO)。NFC程式設計功能用於取代勞力密集的「插入式電阻」電流設定方法，以提升整體價值鏈的彈性。具備CLO功能的產品，可在使用壽命期間調整LED電流，以補償LED模組的光通量下降情形(老化效應)。此功能除了以更優異的照明品質提升客戶滿意度，也對環境有利，因為可以在大部分的使用壽命期間避免發生過電流，進而減少總耗電量。
NFC更適合照明應用
NFC是指一組通訊協定，讓距離相近的裝置能夠以無線方式互相通訊。這項技術已廣泛應用於各種應用，例如非接觸式付款。LED燈具的NFC程式設計是相當新的概念，可讓LED燈具運作特性以無線方式設定，並自由地設定主電源電壓。這種方法比傳統的LED程式設計更簡單快速，並可實現更多功能豐富且彈性的LED驅動器產品。
圖1顯示照明應用NFC程式設計的系統配置，其中包含NFC讀取器(硬體)，以及與驅動器整合的NFC標籤，負責用於資料儲存。NFC讀取器連接主機個人電腦接受指示。應用程式軟體控制NFC讀取器，透過NFC指令以無線方式編程NFC標籤。傳輸參數會依據所需燈具設定的製造商規格，在應用程式軟體之中預先定義及設定。
相較於其他無線通訊技術，NFC具備獨特特性，對LED驅動器使用案例具有吸引力：
．由於具備短距離通訊特性，可確保只會接觸及編程位在定義實體位置的物體。本功能對製造環境非常有利，可大幅降低識別及驗證程序的複雜度。
．在NFC讀取器及NFC標籤組成的系統中，標籤可被動運作(無外部電源供應器)。電源是由NFC讀取器傳送的RF場取得。這樣一來配備NFC標籤的物體，就可在組裝線上編程，毋須連接電源供應器，其重要優勢在於提升作業效率。
．於全球可用的13.56MHz未授權無線電頻率ISM頻帶運作，並採用下列妥善定義的標準，可在全球大規模推行實施。
．具備低資料傳輸速率(106至424kbps)及低頻率(13.56MHz)，可降低硬體設計的複雜度。低成本的印刷PCB天線足以滿足應用需求，硬體成本低於BLE等其他無線通訊技術。
除了技術優勢以外，LED照明價值鏈的所有利害關係人，都可因為使用NFC介面而受益。例如LED驅動器廠商可在製造線自動設定產品電流位準，藉此節省勞力成本，甚至還能在出貨前往全球各地倉庫前進行調整，以提供供應鏈彈性，協助節省大量物流成本。LED驅動器的輸出公差等級，也可在生產期間校正後大幅提升，更重要的是產品可向客戶提供更多自由及彈性。
燈具製造商可輕易編程LED驅動器配合LED模組，因此可輕鬆變更LED模組廠商。此外燈光輸出可更精確控制，因為其中的步進調整(使用插入式)電阻由連續調整(使用NFC程式設計)取代。與國家標準有關的物流複雜度，可利用以出貨目的地為基礎的NFC組態加以降低。另外，安裝服務公司可向終端客戶提供額外服務，例如個別室內空間的照明設定。
NFC極具潛能但成本是發展挑戰
如前所述，LED驅動器的NFC程式設計，是一種保障未來需求的概念，可讓整體價值鏈的所有利害關係人享有多項優勢。目前的主要問題是如何有效及高效地加以實作。NFC程式設計現有的實作概念，圖2所示的微控制器及NFC動態標籤。
雖然這種解決方案具備潛能，但因為下列原因導致成本高昂：
．微控制器本身及額外的被動元件，會增加整體元件數量。
．需要使用多層PCB(如果LED驅動器使用單層或雙層PCB，就需要獨立子卡)。
．此外為了讓微控制器運作，使用者必須編寫韌體；這對缺乏軟體撰寫或微控制器韌體經驗及知識的製造商而言，將是困難挑戰。
NFC-PWM方案簡化成本/設計
為此，智慧照明解決方案業者(如英飛凌)提出全新的NFC-PWM方法，其中使用內建NFC IC搭配PWM輸出，直接控制類比驅動器IC，如圖3所示。此一解決方案可在類比系統實現NFC程式設計及CLO功能，毋須使用微控制器。該解決方案相容於現有類比LED驅動器設計，以及Module-Driver Interface Special Interest Group(MD-SIG)的NFC程式設計規格。
NFC-PWM運作原則/功能
圖4顯示使用NFC-PWM解決方案的一般應用圖示。
其中包含四個部分，分別是：天線、NFC IC、RC濾波器及LED驅動器IC。運作原則如下所示：
．客戶透過無線NFC介面設定PWM參數。
．開啟電源時晶片產生PWM輸出。
．PWM訊號轉換(透過RC濾波器)為DC電壓，以控制輸出電流。
．調整PWM訊號的工作週期以調節DC控制電壓。
以英飛凌旗下NFC-PWM系列產品NLM0011及NLM0010為例，該系列產品為雙重模式的NFC組態IC，具備PWM輸出功能，主要設計用於LED應用；其中除了CLO等NFC程式設計進階功能以外，也整合運作時間計數(OTC)及開/關計數功能。設計人員可輕易啟用上述功能，無需任何額外的微控制器，也不需要開發韌體，裝置可輕鬆調整配合現有設計。
NLM0011具有兩種運作模式，分別為設定及照明模式。在設定模式中，LED驅動器未通電時(無Vcc用於NFC IC)，是以從RF場獲得的能量(由NFC IC傳送)供電給NFC讀取器；儲存於NVM的參數，可透過NFC介面以非接觸方式設定。在照明模式中，一旦LED驅動器通電(Vcc用於NFC IC)，就會依據儲存參數產生PWM輸出，在此項主動模式中，NFC介面將停用。
PWM參數
脈寬調變(PWM)訊號由三項主要分量組成以定義其行為：振幅、工作週期及頻率。工作週期描述訊號處於高(導通)狀態的時間長度，占完成單一週期總時間的百分比。頻率決定PWM完成週期的速度，簡易的RC濾波器可將PWM訊號轉換為DC電壓。因此DC電壓位準可由修改PWM振幅或PWM工作週期的方式調整，並可利用公式1計算。
其中DC為PWM的工作週期，Voh為PWM輸出的高電壓，而Vol則為PWM輸出的低電壓。由於PWM訊號的穩定性，會直接影響LED電源供應器成品的公差程度，因此請務必在初期設計階段評估公差需求及NFC IC能力。關鍵的NFC IC參數為工作週期及絕對PWM振幅(Voh~Vol)。
NFC-PWM系列產品會產生振幅固定為2.8V的PWM訊號。由於其中採用整合式穩壓器(LDO)，因此外部供應電壓的位準以及穩定性不會影響到PWM振幅。工作週期可以設定為0%至100%，精度優於0.1%；至於PWM的解析度需要視選定的PWM頻率而定，選定1kHz時為15位元，或者選定30kHz的時候為10位元。
CLO實作
CLO為準控制系統(自我調節系統)，可對抗LED燈光輸出的自然退化現象，透過調節LED電流的方式嘗試維持恆定的光通量。NLM0011的整合式運作時間計數器，會自動記錄累積的運作時間。運作時間的 NVM值每4小時增加/更新一次。可計數的最大運作時間為262114小時，若達到此上限，計數器時間值就會凍結。在關閉電源的情況下，欠壓鎖定功能會偵測事件，並於NVM儲存上次計數週期值(小時及分鐘)。這樣在每個開/關週期就可達到±30秒的時間計數精度。
NLM0011也具有整合式8點CLO表，儲存LED模組的退化曲線，LED燈具製造商會依據選擇的LED編程此項曲線。CLO表編程後，PWM訊號的工作週期就會自動調整，以補償LED退化。工作週期以實際執行時間OTC的函式表示，是以兩個鄰近參考點之間的線性插補計算。NLM0011會持續計數運作時間，並持續插補工作週期修正因數，然後乘以額定工作週期值，以取得實際的工作週期值。
NFC-PWM讓作業更方便
本文提出新的NFC-PWM概念，協助實現快速且符合成本效益的NFC程式設計，適合LED照明使用，無需額外的微控制器。這種全新NFC-PWM解決方案由半導體廠開發及認證，除了NFC程式設計以外，像是整合式CLO功能、運作時間計數與開/關計數等創新功能，也整合其中，讓LED照明製造商更方便作業。
(本文作者為英飛凌科技資深業務開發經理)
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