功率與控制的結(jié)合使ＬＥＤ照明方案靈活、簡便

Ｇａｖｉｎ　Ｈｅｓｓｅ

摘要：嵌入式電源控制器——PowerPSoC集成了多通道LED恒流通道系統(tǒng)，可為客戶降低BOM成本，提供更大的設(shè)計靈活性。其不僅提供光的智能控制，也是LED恒流電源，可有效用來處理通信、調(diào)光、輸入電壓及恒定電流控制等問題。

關(guān)鍵詞：PowerPSoC；LED；照明；功率控制器；恒流

經(jīng)濟動蕩不安的時代傳達給設(shè)計工程師的信息非常明確，那就是省錢!這一點在LED成本還很高的照明解決方案中顯得尤為重要。賽普拉斯的PowerPSoC一一嵌入式電源控制器有助于降低LED照明方案的成本。

PowerPSoc的集成度較高，不僅包含了配置4路獨立電源類型(降壓／升壓／升降壓)所需的4路6MHz電流放大器，4路2MHz的遲滯控制器，4個1A、32V的N型場效應(yīng)管，甚至還內(nèi)置了最高輸入電壓為32V的降壓控制器，用以提供嵌入式系統(tǒng)所需要的5V電壓。這樣的集成度給客戶帶來的直接好處就是成本優(yōu)勢。圖1是標準的照明設(shè)計示意圖。該圖看似復(fù)雜，但其實可以壓縮為3個單元。首先，電源單元用于提供系統(tǒng)所需要的各類電壓類型，其輸入電壓范圍為12～32V；其次，LED恒流控制單元為LED串提供恒定的電流；最后，智能控制單元用于提供調(diào)光、通信及其他附加功能。

為了充分挖掘集成的潛力，需要將圖1中的單通道LED控制系統(tǒng)擴展為4條通道。許多LED裝置需要多條通道以便智能地調(diào)整顏色和亮度。圖2顯示的是四通道系統(tǒng)。

上述系統(tǒng)顯示，每條LED通道都需要一條恒流控制環(huán)路，所以即使只需要一個智能控制器，但同樣也會增加成本。PowerPSoC則完全集成了這些額外的恒流控制器，如圖3中突出部分所示。

實際上，整個4通道LED系統(tǒng)都被集成到一個器件中了。對分立器件方案來說，由于每條恒流通道的成本都非常昂貴，因而這可顯著節(jié)約BOM(物料清單)成本。

成本優(yōu)勢只是其一。相對于分立器件分離式控制器而言，使用嵌入式控制器可為設(shè)計提供高度的靈活性。例如，內(nèi)部遲滯控制器的設(shè)置可針對參考電壓進行相應(yīng)的調(diào)整，這實質(zhì)上意味著照明系統(tǒng)的恒定電流可直接從固件更新，而無需改變外部采樣感應(yīng)電阻。

由于在1～4條通道中可將PowerPSoc用于引腳兼容的器件，高靈活性也意味著可為多個照明器材提供照明引擎，從而不僅能夠節(jié)省大量的工程重復(fù)設(shè)計工作，同時也意味著可將基礎(chǔ)設(shè)計用于辦公環(huán)境的白光或娛樂環(huán)境的多色彩混合射燈等不同應(yīng)用領(lǐng)域。

鑒于許多照明設(shè)計人員是初次接觸半導(dǎo)體，PowerPSoC器件要盡量簡單易用。由于PowerPSoC的一條通道要用于電源控制，所以其共有三種PSoC Designer用戶模塊(用于簡化普通功能實施情況的預(yù)配置、預(yù)特征化的代碼塊)和三行“C”代碼。

用戶模塊是包含API和寄存器設(shè)置的預(yù)配置代碼塊。設(shè)置第一個用戶模塊需要占用一條功率通道，工程師須將電流感應(yīng)放大器拖放到圖中指定的位置。電流放大器有一些可調(diào)節(jié)的設(shè)置，其中最重要的是增益設(shè)置，這也是獨立修改系統(tǒng)恒定電流的另一種方式。

第二個用戶模塊是調(diào)光模塊，這也是PowerPSoC相對于競爭對手所具有的一種優(yōu)勢。大多數(shù)競爭對手的調(diào)光模塊只提供少量8～10位PWM(脈寬調(diào)制)硬件，而PowerPSoC可提供4個16位硬件調(diào)光模塊，這些模塊可配置為PWM或以下兩種：1、賽普拉斯PRISM擴展頻譜信號，其可將照明系統(tǒng)的EMI(電磁干擾)降低到70dB；2、賽普拉斯硬件密度調(diào)制PWM(DMM)，即12位抖動PWM。

最后一個用戶模塊是遲滯控制器，其與電流放大器、調(diào)制器以及內(nèi)部n-FET相連接。所以這些模塊可以時，V_{Shunt device}×I_LED的功耗轉(zhuǎn)化為熱量。使用低R_DS-ONFET將最大限度地減少這種效率損失。

LM3409多種調(diào)光功能

美國國家半導(dǎo)體的LM3409是一種獨一無二的LED驅(qū)動器，可以輕松實現(xiàn)模擬和PWM調(diào)光功能。在此部件上可以有四種方法實現(xiàn)LED調(diào)光；

1直接使用0V至1.24V的電壓源驅(qū)動IADJ引腳實現(xiàn)模擬調(diào)光；

2通過在IADJ引腳與Gnd之間放置電位器實現(xiàn)模擬調(diào)光；

3使用Enable引腳實現(xiàn)PWM調(diào)光；

4通過外部分流器PET實現(xiàn)PWM調(diào)光。

LM3409通過連接電位器實現(xiàn)模擬調(diào)光。內(nèi)部5μA電流源在R_ADJ上產(chǎn)生電壓，該電壓反之改變內(nèi)部電流檢測閾值。使用直流電壓直接驅(qū)動I_ADJ引腳可以獲得同樣效果。

圖4顯示了測得的LED電流與I_ADJ引腳和Gnd之間的電位器電阻的關(guān)系圖。1Amp處的平頂表示最大額定LED電流，該值由圖4中所示的電流檢測電阻R_SNS設(shè)置。

圖5將測得的LED電流顯示為I_ADJ引腳上的驅(qū)動直流電壓的函數(shù)。請注意R_SNS設(shè)置了相同的最大LED電流。

兩種模擬調(diào)光選項均可輕松實現(xiàn)并提供線性極強的調(diào)光性能、直到低至最大值10％左右的水平。

結(jié)語

有許多方法可以針對開關(guān)模式穩(wěn)壓器供電的LED進行調(diào)光。兩類主要的方法：PWM和模擬法均各有利弊。PWM調(diào)光可以顯著減少LED的顏色變化，與此同時，讓亮度水平發(fā)生變化，但前提是需要添加邏輯電路來產(chǎn)生PWM波形。模擬調(diào)光的電路更加簡單，但可能不適合那些要求恒定色溫的應(yīng)用。針對降壓／升壓／升降壓應(yīng)用進行相應(yīng)配置。

包含三條START命令的“C”代碼，對于設(shè)計人員來說這三條命令再簡單不過了(如圖4)。

除上述功率通道外，PowerPSoC還包含有數(shù)字和模擬資源，可用于DMX512和DALI等數(shù)字通信協(xié)議功能，及賽普拉斯CapSense觸摸控制專利技術(shù)等用戶界面。

總之，PowerPSoc是正在蓬勃發(fā)展的照明市場中一支強勁的新生力量，可為客戶降低BOM中的成本，提供更大的設(shè)計靈活性，甚至還能實現(xiàn)更多的功能。其不僅提供光的智能控制，也是LED恒流電源，可有效用來處理通信、調(diào)光、輸入電壓及恒定電流控制等問題。