走捷径发展连接LED照明系统---凯利讯半导体

　　在发达国家，效率推动创新。在追求提高效率的过程中，一个正在发生重大变化的领域是照明。固态照明，主要以半导体发光二极管的形式(尽管有机和聚合物发光二极管正在出现)，继续取代传统和更节能的照明形式，如白炽灯、紧凑型荧光灯和气体排放灯。

　　LED照明提供了固有的节能功能，但它却能以设计的复杂性为代价。在最好的情况下，驱动LED灯所需的控制电路是一种ac - dc转换器，但通常会包括某种程度的智能控制。虽然这种增加的复杂性可能会增加成本，但经过精心的设计，可能会产生一个LED照明解决方案，在正确的价格点上提供重要的价值。

　　LED照明的最终应用实际上是无限的，从低水平的消费者到高湾工业，厨房橱柜，到街道照明。包括智能调光、连通性和远程管理等功能的前景，使得这一举措成为一个令人信服的理由，而且还在继续赢得决策者的支持。

　　开发一套完整的LED照明解决方案，包括对电源因子校正(PFC)、dc - dc转换和LED控制等功能的集成。如果将连接性添加到这个列表中，以提供更富前景的解决方案，那么设计挑战就会进一步增加。

　　虽然led天生比其他形式的照明效率更高，但为了保持这种效益，解决方案的每一阶段都必须提供最优效率。这是一个主要的背离传统的照明解决方案，但是一个必要的。另一个影响LED照明的重要趋势是移动到数字控制的电力转换。通过在整体拓扑中包含数字电源，可以实现更高效、更灵活的解决方案。如果在设计过程中采用了完全数字化的方法，那么可以将大量的功能集成到更少的设备中。微控制器非常适合提供这种级别的功能和灵活性。

　　虽然交流转换是解决方案的主要部分，但从单一的直流电源操作几个独立的LED照明电路是完全可行的，通过使用一个交流转换阶段来优化整体设计。在这种情况下，需要单独考虑解决方案的其余部分，通过增值特性为成本优化创造更多的可能性。

　　添加控制和连接到照明装置是一个重要的发展，因为它能将照明系统集成到一个建筑管理系统(BMS)，或者是智能家居的一部分。LED照明的优点之一是它的鲁棒性:在不影响工作生活或产生浪涌电流的情况下，灯光可以变得更暗，也可以更频繁地打开/关闭。LED灯也提供了更大的灵活性，在它们可以定位的地方，促进更多的分布式安装和更广泛的操作条件。所有这些特性增加了LED照明的吸引力，但要求更高的控制水平。

　　为了解决这个设计难题，参考设计正在出现。虽然不能作为人口稠密的PCB购买，德州仪器已经开发了一个完全测试的dc - dc LED驱动子系统作为参考设计，并且已经制作了所有的文档(BOM,schematic,PCB Gerber)。图1显示了参考设计的框图。

　　德州仪器的方框图，花式01096参考设计



　　图1:花絮- 01096参考设计框图。

　　缇德- 01096是TI的高效，可调的白色LED dc - dc驱动，蓝牙智能连接性参考设计，为工程师提供一个完整的硬件和软件平台，用于开发智能照明解决方案。

　　通过将温暖的白色和冷的白色LED串结合在一起，可以模拟室内照明在住宅和零售环境中的日光条件。花絮- 01096是为这个应用程序空间而设计的，并使用一些高级组件在广泛的操作条件下实现98%的效率。

　　因为这是一个连接的LED驱动器，所以参考设计的主要区别之一是它的连接性，它采用蓝牙智能的形式。这是一个功能，完全集成到MCU选择的设计，支持由TI开发的软件资源。与设计中的其他主要组件一起，这提供了一系列“智能”特性，如调光、色温调整和采光。因为设计是为了控制LED的弦来模拟日光，它也可以用来创造一个昼夜节律，这已经被证明有健康和健康的好处。

　　利用led的能力生产可变的产量需要一个综合的解决方案。其中一种产品是TPS92513 /HV 1.5 A buck LED驱动器集成模拟电流调节;参考设计的主要组件之一。与SimpleLink CC2650多标准单片机结合，为发展智能LED照明系统提供了一个完美的平台。设计中附加的组件完成了图片，如下所述。

　　TPS92513/HV LED驱动器已为一系列高功率照明应用开发，包括街灯、应急照明、工业和零售照明，但同样适用于较小的电器。除了为模拟和PWM控制信号提供输入外，它还具有集成的n通道高侧MOSFET。图2显示了如何使用该设备的简化示意图。

　　一种典型的德州仪器TPS92513 /HV LED驱动程序的简化示意图



　　图2:TPS92513 /HV LED驱动程序典型应用的简化示意图。

　　在参考设计中，两个设备用于驱动两个LED字符串。在这种拓扑结构中，设备可以通过使用外部振荡器来实现同步，以覆盖每个设备的内部振荡器。使用相同的时钟源操作多个设备，避免了在不同的字符串中使用led的频率，也可以帮助最小化设计的整体电磁干扰。功能块图如图3所示。

　　德州仪器TPS92513 /HV LED驱动器的功能框图



　　图3:TPS92513 /HV LED驱动器的功能框图。

　　同步是通过将一个方波应用到RT /CLK pin(pin 5)，在300 kHz和2 MHz之间实现的。内部MOSFET的源在pin 10上，标记为PH.它的上升边缘与RT / CLK信号的下降边缘同步。

　　在参考设计中，调光可以通过三种方式实现:通过改变iUNK pin(pin 6)上的模拟输入;数字的，通过PWM信号应用于PDIM pin(pin 4)，或两者的结合。所有的控制信号由SimpleLink CC2650 MCU生成(参见图4)。

　　德州仪器的功能框图:SimpleLink CC2650无线单片机



　　图4:TI的SimpleLink CC2650无线单片机的功能框图。

　　由于模拟调光更有效，参考设计通过低通滤波器通过PWM信号产生模拟信号，然后将PWM信号的模拟平均值应用于iUNK pin。参考设计还支持组合模拟/ PWM调光控制，并支持使用模拟和PWM方法的闪烁自由低LED电流调光。

　　与LED驱动器紧密合作，SimpleLink CC2650无线单片机提供两个关键功能;驾驶员的控制信号，以及通过无线方式影响这些信号的能力。通过这种方式，可以从运行在智能手机上的应用程序中调整光输出或颜色温度，或者允许BMS将灯关闭，打开或关闭——可能使用语音指令。

　　当使用一个连接的系统时，这种可能性是有限的。因为SimpleLink CC2650是一个多标准的无线单片机，它可以支持蓝牙、ZigBee和6LowPAN。强大而高效的手臂®皮质®m3核心提供包括用户运行的应用程序的能力和选择的高层协议栈(蓝牙和无线个域网栈是由TI提供免费使用CC2650时)。该设备的RF部分还集成了一个ARM cortex - m0核心，它处理了大量的堆栈，以及基带和模拟前端之间的接口。它使用API接口到主CPU，旨在进一步简化设计。

　　除了LED驱动器和无线单片机外，参考设计还包括OPT3001数字环境光传感器，这是一种与人眼光谱响应密切匹配的光学传感器。在参考设计中包含这个传感器支持调整光输出的用例，以交付一个适应人类视觉的环境。通过将LMT84模拟输出温度传感器连接到LED散热片上，避免了热失控。

　　图5显示了基于参考设计的LED照明解决方案的硬件如何使用与SimpleLink CC2650 LaunchPad配对的tida - 01096配置。该项目的固件已经由TI作为代码编写器studio项目开发，并可根据请求提供。

　　建议使用花絮- 01096参考设计的硬件配置



　　图5:使用tida - 01096参考设计建议的硬件配置。

　　结论

　　固态照明有可能改变我们对家庭、办公室、工厂、交通枢纽和公共场所的照明方式。它为现有的照明技术提供了显著的成本效益。

　　在半导体制造商的大量投资之后，现在有许多产品可以帮助工程师设计最优化的解决方案，最大限度地发挥LED照明的潜力。这越来越多地包括以有线或无线通信的形式添加连接性。

　　开发一个功能齐全的、可调的LED照明解决方案，包括无线连接，包括两个潜在的困难的设计挑战，但由于开发平台的可用性和参考设计，如本文中所介绍的，遇到这些挑战现在比以往任何时候都容易。