【導讀】曆經多年的發展
，智能照明已經深入人心：一方麵它能夠大大提升電能的利用效率

，實現節能減排、綠色照明；另一方麵
，它也從根本上改變了人們對電燈這個“古老”的電器的使用方式，提供了全新的用戶體驗——對於這樣的技術，人們當然是不得不愛。

suoweizhinengzhaoming，congbenzhishangjiang
，jiushiduirenmenkaiguandiandengdefangshijinxingdeyicigeming，jiangchuantongshangyourenwanchengdekaiguancaozuobianchengleyigezidonghuadeguocheng，rangzhaomingxitonggenjuyuxianshedingdetiaojianzixingkaiguanhuotiaojiemingan，shenzhishiyinrurengongzhineng（AI），讓照明係統基於數據洞察進行更智能地自我調控
，盡可能地實現按需照明的理想狀態
，達成節能增效的終極目標。

圖1：全球智能照明和聯網控製係統的銷售額預計將從2018年的100億美元增長到2023年的210億美元（資料來源：Omdia）

從上麵的定義不難看出，構建智能照明係統，有兩個核心的要素：一個是電能的傳輸
，一個是數據的傳輸——前者要確保盡可能高效地利用電能，驅動LED照明燈具；後者則是要建立通暢的關鍵數據上傳和控製指令下達通路，以形成一個完整的自動化控製閉環。

按照這樣的構想，一種典型的智能照明係統的設計思路是：利用市電網絡進行電力傳輸為LED燈具供電，同時通過無線通信網絡建立起數據通道，這樣就能夠快速對每一個照明節點進行智能化改造。

但是這種方案並非在任何場景下都適用——比如在無線通信受限的情況下就無法使用
；再有如果節點數量多、覆蓋範圍廣，也會給無線互連網絡的部署帶來挑戰。在這樣的情況下，PoE（以太網供電）照明就成了實現智能照明一種不可或缺的技術路徑。

不斷發展的PoE標準

大家對於PoE技術並不陌生，簡而言之，這就是一種通過一條以太網電纜（通常為Cat5e）同時實現電源和數據傳輸的技術。開發PoE這(zhe)樣(yang)一(yi)種(zhong)技(ji)術(shu)的(de)初(chu)衷(zhong)，就(jiu)是(shi)為(wei)了(le)讓(rang)低(di)功(gong)耗(hao)的(de)外(wai)設(she)能(neng)夠(gou)從(cong)中(zhong)央(yang)集(ji)線(xian)器(qi)獲(huo)得(de)電(dian)力(li)而(er)無(wu)需(xu)額(e)外(wai)的(de)電(dian)源(yuan)布(bu)線(xian)
，這(zhe)樣(yang)就(jiu)可(ke)以(yi)規(gui)避(bi)在(zai)建(jian)築(zhu)物(wu)內(nei)運(yun)行(xing)主(zhu)電(dian)源(yuan)涉(she)及(ji)的(de)複(fu)雜(za)性(xing)
、成本和合規性等問題。

首個PoE標準（IEEE 802.3af）是在2003年推出的，其目的是為IP電話、接入點和傳感器等設備提供15.4W的功率，而實際上由於電纜損耗，每個外設的可用功率僅有13.0W左右。隨著PoE應用的發展，這樣的功率水平顯然是偏保守了。

於是在2009年，PoE標準的第二個版本IEEE 802.3at發布（也被稱為PoE+），其在供電設備端能夠輸出30W的電力

，受電設備可以輸入的電力也增加到了25W
，這就可以支持為更複雜的設備供電，並為平板電腦等小型設備充電了。

2018年，PoE標準又迎來了新一次的升級
，新的IEEE 802.3bt標準分為Type 3（PoE++ / UPoE）和Type 4（High-Power PoE，高功率PoE）兩類，前者在供電端口可提供高達60W的功率，後者提供的功率則可以達到90W以上。

表1：PoE標準及特性

（資料來源：安森美）

這樣的功率傳輸能力，顯然可以讓PoE延伸到更多的應用場景中
，智能照明自然是其中重要的一個領域。

圖2：全球PoE設備的部署情況
，照明領域增勢明顯

（圖源：安森美）

PoE智能照明的優勢

基於PoE的照明係統，能夠提供的優勢顯而易見。

高效率

PoE使shi用yong以yi太tai網wang絡luo通tong過guo一yi條tiao電dian纜lan同tong時shi傳chuan輸shu數shu據ju和he直zhi流liu電dian源yuan
，也ye就jiu意yi味wei著zhe無wu需xu進jin行xing交jiao流liu到dao直zhi流liu的de電dian源yuan轉zhuan換huan
，這zhe無wu疑yi有you利li於yu提ti高gao電dian源yuan係xi統tong整zheng體ti的de效xiao率lv。

低成本

由於具有低電壓和即插即用的特性，PoE安裝和維護成本通常比傳統照明係統要低。比如PoE減少了對更粗
、更重銅質電纜的需求，也無需專門的穿牆打洞去布設電源網絡，可以大大減少材料和安裝部署成本。有測算表明，PoE照明係統與傳統照明係統相比，可以為令用戶節省25％到30％的費用。

更安全

因為PoE總線電壓在大多數場景中都可以保持在60V直流安全電壓閾值以下，因此避免了交流電源高電壓的危險性（如觸電和火災），使用起來也更為安全。

易擴展

由於可以基於以太網傳輸數據
，PoE照明係統的控製端可通過本地網絡進行設置，足夠高的功率也能夠支持在照明燈具節點端添加更多的傳感模塊，感知環境光、房間占用情況等與照明控製相關的信息

，也可以整合溫度、濕度和空氣質量等傳感器
，為整個家居或建築的數據洞察提供便利。

支持VLC

基於PoE照明係統
，還可以延展出一個極具前景的應用——可見光通信（VLC）和定位。顧名思義，VLC就是一種以可見光為媒介傳輸數據流的技術，對於那些對射頻無線幹擾特別敏感的區域（如醫院或飛機上）


，VLC在實現無線通信方麵具有特殊的價值。在VLC基礎上還可以發展出室內定位應用——每mei個ge燈deng具ju都dou有you自zi己ji獨du特te的de代dai碼ma，通tong過guo以yi人ren眼yan無wu法fa察cha覺jiao的de頻pin率lv調tiao製zhi光guang線xian來lai廣guang播bo，由you此ci智zhi能neng手shou機ji或huo其qi他ta配pei備bei有you攝she像xiang頭tou和he相xiang關guan應ying用yong程cheng序xu的de設she備bei能neng夠gou對dui三san個ge或huo更geng多duo燈deng具ju的de距ju離li進jin行xing三san角jiao測ce量liang，並bing計ji算suan出chu位wei置zhi
，這zhe種zhong定ding位wei精jing度du能neng夠gou小xiao於yu30厘米
，可以應用在自動導引車輛（AGV）中，以及為人們在機場
、體育場館或醫院等大型建築中提供室內導航服務，情景可期。

由此看來，基於PoE的照明係統能夠為人們帶來的，不僅是成本的降低、使用的便利
，還有全新的應用和商機，因此在這個領域長期
、持續地投入肯定是值得的。

PoE智能照明解決方案

有了這樣的認知，那麼接下來的問題就是：我們應該如何快速地構建起一個PoE智能照明係統。

從上文的介紹中，我們不難看出
，一個PoE智能照明係統中，有兩個核心的要素：

●   PoE接口控製器：PoE係統中，電力的傳輸通過供電設備（PSE）和受電設備（PD）之間的握手協議來管理——PSE會檢測PD是否支持PoE及其設備類型
、所屬的功率等級，並根據這些信息為PD提供所需的電力。而PoE協議管理中檢測、分級
、供電和維護的全過程，需要一顆專門的PD控製器芯片來完成，以確保整個PoE係統按照相應的標準規範來行事。

●   LED驅動和電源管理：PoE照明係統中，PD控製器在“前端”管理來自以太網的電能
，在“後端”則需要有配套的電源管理器件將這些電能高效地利用起來。而且考慮到照明節點功能的擴展性
，這些電源管理器件不僅要有高效的LED燈具驅動功能，還要有能力為更多的傳感器和創新應用（如VLC）提供電源。

安森美（onsemi）一直是PoE技術和智能照明的積極推動者，對於二者結合而成的PoE智能照明解決方案
，自然也是頗有心得。

圖3中，展示了一個完整PoE照明係統的架構，針對其中占據C位的PD接口控製器和LED驅動器兩顆芯片
，安森美就一直緊隨標準演進的步伐和市場需求的變化，迭代出新。我們今天就來介紹一下圖3中推薦的兩款芯片。

圖3：基於PoE的智能照明係統

（圖源：安森美）

NCP1095和NCP1096大功率PoE-PD控製器

NCP1095和NCP1096是安森美專為滿足新的IEEE 802.3bt PoE標準要求而開發的以太網供電受電設備（PoE-PD）接口控製器（同時也兼容802.3af和802.3at標準），分配功率高達90W，還可以支持專有的100W+應用。

圖4：NCP1095和NCP1096大功率PoE-PD控製器

（圖源：安森美）

這兩款PoE-PD控製器還支持IEEE 802.3bt新增的Autoclass能量管理特性


，讓PD能夠將其特定的功率需求傳遞給PSE，以實現PoE係統更精準的控製
，而且支持在浪湧階段進行檢測、分類和電流限製。器件中的電源良好引腳可確保正確關閉和打開相鄰的主DC-DC轉換器；分類結果引腳支持根據分配的功率等級進行操作（最高為8級）。

與NCP1095相比，NCP1096還具有集成的N溝道MOSFET負載開關，連接輔助電源時
，有源電橋和熱插拔FET功能禁用，從而可以提高輔助電源為PD供電時的能效。

圖5：NCP1096 PoE-PD控製器框圖

（圖源：安森美）

總之
，采用NCP1095和NCP1096，開發者可以保證PoE設備之間的互操作性，實現IEEE 802.3bt標準所定義的所有性能和功能
，極大地兌現PoE標準的價值承諾。

圖6：NCP1095和NCP1096 PoE-PD控製器專為支持802.3bt PoE標準而設計（圖源：安森美）

NCL31000和NCL31001 LED驅動器

NCL31000是安森美新近推出的一款智能LED驅動器，其核心是一個高能效（97%）降壓LED驅動器，可以支持高帶寬模擬調光和低至零電流的PWM調光
，具有0.1%的調光精度。

該驅動器還集成了兩個DC-DC轉換器——一個固定的3.3V DC-DC轉換器和一個可調節的2.5V至24.0V DC-DC降壓轉換器，可用於為傳感器和MCU等係統組件供電
，這種將電源管理方案集成到LED驅動器中的設計，極大地簡化了係統架構，同時有利於能效的提高。

圖7：NCL31000 LED驅動器

（圖源：安森美）

NCL31000還提供全麵的診斷功能
，診斷模塊包含一個ADC，用於測量輸入和LED輸出電流
、電壓、LED溫度
、DC-DC電壓和電流
，以及任何異常情況，並通過I2C/SPI接口提供給係統MCU。此外，NCL31000的架構還確保了其具有出色的抗電磁幹擾（EMI）特性
，在測試中，它的表現比CISPR15/EN55015的要求低14dB以上。

圖8：NCL31000 LED驅動器係統框圖

（圖源：安森美）

NCL31001作為NCL31000的配套驅動器
，其可提供與NCL31000相同的LED驅動特性，但不包括DC-DC轉換器。通過添加NCL31001，開發者可以很方便地創建一個麵向多通道照明應用的方案，支持動態可調燈具以及多種顏色混合照明應用。

特別值得一提的是，NCL31000和NCL31001的0.1%調光精度和高線性度，使其非常適合於VLC應用，包括VLC室內定位應用，這也就為PoE智能照明係統向新領域的挺進鋪平了道路。

NCL31010 PoE接口LED驅動器

特別值得一提的是，在上述PoE接口控製器和LED驅動器芯片基礎上，安森美又更進一步將兩個功能二合一，推出了全新的NCL31010 PoE接口LED驅動器。

顧名思義，NCL31010是一個高度集成的解決方案
，它集成了802.3bt PoE-PD接口控製器、用作LED驅動器的電流模式降壓DC-DC控製器，以及用於主3.3V係統電源的同步降壓DC-DC轉換器及輔助電源。

圖9：NCL31010 PoE接口LED驅動器框圖

（圖源：安森美）

該器件符合802.3bt PoE標準，支持高達90W的大功率應用
，並具有在浪湧階段進行檢測、分類和電流限製等PoE係統所需的功能，並能夠支持PWM調光和高帶寬模擬調光。可以說，隻需NCL31010一顆芯，就能夠實現PoE廣泛的應用開發需求。

圖10：NCL31010 PoE接口LED驅動器典型應用圖（圖源：安森美）

本文小結

電燈可以說是伴隨著人類走入電氣化時代的第一個“電器”

，由you此ci可ke見jian照zhao明ming是shi人ren們men生sheng活huo中zhong必bi不bu可ke少shao的de剛gang需xu品pin之zhi一yi。因yin此ci
，當dang我wo們men步bu入ru智zhi能neng化hua時shi代dai時shi，對dui於yu照zhao明ming係xi統tong進jin行xing智zhi能neng化hua的de升sheng級ji，也ye是shi首shou當dang其qi中zhong的de一yi環huan。

PoE以太網供電與LED節能型照明的結合，為智能照明係統的構架提供了一種高效、靈活、可靠

、可擴展的技術路徑，並由此將智能照明的燈具打造成一個複合功能的物聯網邊緣節點。

安森美為PoE智能照明提供的關鍵器件，以及完整的解決方案，可以讓PoE智能照明係統的研發和部署更輕鬆，也讓你能夠緊隨新標準和新應用的步伐，盡享PoE智能照明的紅利。

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