【導(dǎo)讀】LED照明燈具的規(guī)格多種多樣,帶來繁多的驅(qū)動電源規(guī)格,給設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、使用也帶來了諸多的不便。為了減少這種不便,工程師們一直致力設(shè)計(jì)可以靈活配置輸出電流的、更通用的驅(qū)動電源平臺,使得同一電源能適配不同功率,不同亮度的LED燈具。從而減少驅(qū)動電源的種類,縮短開發(fā)周期,降低庫存,縮短交貨時(shí)間。如有需要,最終用戶也可以重新配置驅(qū)動電源來適配LED燈具。
1.引言
本文給讀者帶來一種高效、新穎的LED驅(qū)動電源配置方法:基于近場通信技術(shù)(NFC)的無線靈活配置方法。
LED照明燈具的規(guī)格多種多樣,帶來繁多的驅(qū)動電源規(guī)格,給設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售、使用也帶來了諸多的不便。為了減少這種不便,工程師們一直致力設(shè)計(jì)可以靈活配置輸出電流的、更通用的驅(qū)動電源平臺,使得同一電源能適配不同功率,不同亮度的LED燈具。從而減少驅(qū)動電源的種類,縮短開發(fā)周期,降低庫存,縮短交貨時(shí)間。如有需要,最終用戶也可以重新配置驅(qū)動電源來適配LED燈具。
最為傳統(tǒng)的配置方法是采用不同電阻值來配置(撥碼開關(guān)方式產(chǎn)生多種組合),需要接觸操作。并且,此方法受制于電阻的阻值限制,一般只能設(shè)置幾個(gè)電流檔位,應(yīng)用彈性少,功能單一??梢越鉀Q以上問題的NFC近場通信技術(shù)被創(chuàng)新地應(yīng)用于LED電源,并逐步成為標(biāo)準(zhǔn)配置。
2.NFC技術(shù)應(yīng)用在LED電源上
NFC是一種成熟的近距離無線通信技術(shù),多年來已經(jīng)被廣泛地用于交通卡、銀行卡、身份證、智能門鎖等等。
NFC應(yīng)用時(shí)有發(fā)射端和接收端,都內(nèi)置有天線,接收端可以無需額外電源供電。工作時(shí),發(fā)射端發(fā)射頻率為13.56MHz的信號,較近的距離下接收端接收到此信號,并轉(zhuǎn)換為電能為接收端供電,同時(shí)進(jìn)行解碼獲得信息、修改信息以及進(jìn)行反向傳輸,最終實(shí)現(xiàn)信息交換。
可以設(shè)想如圖一所示,如果將一個(gè)接收端IC設(shè)計(jì)在LED電源上,就可以使用手機(jī)或者一個(gè)發(fā)射設(shè)備將需要配置的信息非接觸地發(fā)送并寫到LED電源上,LED電源根據(jù)這個(gè)信息輸出不同的電流,甚至根據(jù)工作時(shí)長進(jìn)行光衰補(bǔ)償。
如果這個(gè)IC內(nèi)部有足夠的空間,就可以用來存儲更多的信息。通過讀寫設(shè)備將需要資料(如品牌,序列號等)寫進(jìn)去或讀取出來,方便維護(hù)管理。
圖一:典型NFC應(yīng)用示意圖
3.英飛凌的LED電源專用NFC控制芯片
基于以上的理念,英飛凌開發(fā)出專用于LED驅(qū)動電源的NFC控制芯片NLM0010和NLM0011,封裝是非常緊湊的SOT-23,5腳封裝,內(nèi)建了豐富的功能。既可以在出廠前設(shè)置,也可以在終端客戶安裝前根據(jù)不同的光源設(shè)置,極大地簡化了設(shè)計(jì)和使用。
如圖二所示 NFC IC直接控制初級主控IC,在LED 電源不接交流電源的情況下,通過讀寫設(shè)備將需要配置的參數(shù)信息發(fā)射出來, NFC控制芯片通過天線接收電能以維持自身工作,收到并且將其中的目標(biāo)信息存儲在內(nèi)部存儲器中。NFC控制芯片的信息也可反向地向讀寫設(shè)備傳送,以獲得以配置的參數(shù)信息。當(dāng)LED驅(qū)動電源上電開機(jī)后,會給NFC控制芯片供電,內(nèi)部根據(jù)已經(jīng)存儲在寄存器的信息通過計(jì)算轉(zhuǎn)換為PWM信號輸出至LED驅(qū)動控制器,控制輸出電流從而改變LED的亮度。
圖二:NFC初級(原邊)控制示意圖
如圖三所示 NFC控器芯片可以直接控制次級主控IC,ILD8150(E)是一顆DC/DC LED驅(qū)動控制器,NFC 控制芯片的PWM 輸出直接連接到ILD8150(E)的DIM腳,實(shí)現(xiàn)更簡單的輸出電流控制。
圖三:NFC 次級(副邊)控制示意圖
英飛凌的NFC控制芯片提供了更加豐富的功能:
● 電流設(shè)置精細(xì)、靈活,而傳統(tǒng)的撥碼開關(guān)設(shè)置受制于電阻的阻值限制,一般只能設(shè)置幾個(gè)電流檔位。
采用27MHz的內(nèi)部時(shí)鐘,即使采用10kHz的PWM 頻率,分辨率依然可以做到1/2700, 也就是說可以設(shè)置2700個(gè)不同的輸出。
內(nèi)置2.8V輸出精密穩(wěn)壓也有利于抑制因?yàn)閂CC電源波動帶來的額外誤差。
因?yàn)椴捎渺`活的數(shù)字控制,可以通過生產(chǎn)過程中的輸出電流校準(zhǔn)使實(shí)際輸出電流更接近目標(biāo)輸出電流,并且可以采用比較大誤差的穩(wěn)壓電路以降低成本,芯片內(nèi)可以記錄驅(qū)動電源的開關(guān)次數(shù)及其工作時(shí)長,可以通過NFC讀寫設(shè)備獲得此信息為產(chǎn)品維護(hù)和優(yōu)化提供方便。
● 其中NLM0011更內(nèi)置了CLO(恒定流明輸出),可以根據(jù)LED光源的光衰特性動態(tài)調(diào)整驅(qū)動電流,達(dá)到恒定流明輸出的目的,即光衰補(bǔ)償。
4.NLM0010/11的簡易應(yīng)用設(shè)計(jì)
這兩個(gè)IC的使用非常簡易,硬件電路主要涉及IC的輸出信號設(shè)計(jì)、Vcc的設(shè)計(jì)和天線設(shè)計(jì)。
● 適配調(diào)光信號的設(shè)計(jì)
當(dāng)LED控制IC使用PWM作為調(diào)光信號時(shí):可直接將NFC控制芯片的輸出PWM信號輸出至LED控制IC的調(diào)光腳,如圖四所示。
圖四:輸出直接連接調(diào)光IC調(diào)光腳
當(dāng)LED控制IC使用直流電壓作為調(diào)光信號時(shí),NFC控制芯片的輸出需要通過電阻和電容將PWM信號轉(zhuǎn)換成直流電壓,作為調(diào)光信號,如圖五所示。
圖五:輸出加RC濾波再連接至控制電路
● 需要記錄開關(guān)次數(shù)和工作時(shí)長的設(shè)計(jì)
對于需要用到工作時(shí)長記錄或開關(guān)次數(shù)記錄的應(yīng)用,關(guān)機(jī)后IC仍然需要足夠的能量才能維持工作以保證數(shù)據(jù)的正確寫入。這種情況下,Vcc腳需要外接一顆額外的22uF電容儲能。另外需要確保Vcc供電電壓范圍在3.3-5.0V, 極限范圍3.0-5.5V,大多數(shù)情況下可以采用線性穩(wěn)壓方案。如圖六所示,通過穩(wěn)壓電路較為精確的穩(wěn)壓,或采用圖七所示的更簡單、更低成本的電阻加穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓方案。
圖六:三端穩(wěn)壓電路提供Vcc
圖七:穩(wěn)壓二極管電路提供Vcc
○ 小面積天線的設(shè)計(jì)
● 這兩款芯片內(nèi)部已經(jīng)集成了一顆典型值23.5pF的電容,只需要連接一個(gè)一定感量(使得諧振頻率為13.56MHz左右)的天線即可;需要微調(diào)的話,也可外接電容。天線可以直接在繪制在PCB上,單面板或雙面都可以。20mm*20mm內(nèi)的天線大小基本可以滿足需要。
圖八:IC內(nèi)置23.5pF電容
● 天線設(shè)計(jì)時(shí)可以借助英飛凌提供的Excel 計(jì)算工具計(jì)算PCB天線電感, 拿到PCB實(shí)物后有條件的可以用網(wǎng)絡(luò)分析儀測試實(shí)際電感量,或者裝上元件做實(shí)際通訊測試, 并根據(jù)測試結(jié)果調(diào)整外接電容的容量以實(shí)現(xiàn)最好的通訊質(zhì)量。
另外,開發(fā)或使用時(shí)需要用到讀寫設(shè)備,請使用英飛凌推薦的型號。如果需要自主開發(fā)控制軟件,可以參考英飛凌NLM0010或NLM0011的應(yīng)用注解。
評估或開發(fā)初期也可以直接使用英飛凌提供的可以用于安卓系統(tǒng)的APK,使用帶NFC功能安卓手機(jī)就可以進(jìn)行測試。圖九所示的是配置界面,可以配置PWM頻率、最大占空比等,顯示工作時(shí)長、開關(guān)次數(shù)等。圖十是在手機(jī)端可查看到的內(nèi)部存儲的數(shù)據(jù)。
圖九:配置界面
圖十:內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)
5.應(yīng)用實(shí)例
如圖十一所示,NFC控制芯片和天線被設(shè)計(jì)在同一塊小PCB上,此PCB的長寬只有2.5cm和1.5cm。插在LED驅(qū)動電源主板的次級電路上,占板空間非常小。實(shí)現(xiàn)了無接觸的無線參數(shù)配置。這個(gè)設(shè)計(jì)需要通過R+C將NFC 的PWM輸出電壓轉(zhuǎn)為直流電壓,然后利用運(yùn)算放大器將其與電流采樣電阻上的電壓比較,通過反饋電路實(shí)現(xiàn)NFC設(shè)置的目標(biāo)輸出電流。
圖十一:應(yīng)用實(shí)例
6.結(jié)論
NFC芯片在LED 電源的應(yīng)用大大增加了電流設(shè)置的靈活性,與電阻設(shè)置或編碼設(shè)置相比具有無可比擬的優(yōu)越性,可以完全取代不方便的接觸式撥碼設(shè)計(jì),在LED 電源中的應(yīng)用必將越來越多。英飛凌的NLM0010和NLM0011以其小體積(SOT23-5),極為簡單的電路,極具價(jià)值的開關(guān)次數(shù)統(tǒng)計(jì)和工作時(shí)長計(jì)數(shù)或光衰補(bǔ)償功能,收到越來越多客戶的使用。
作者:江萬春 英飛凌科技電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)技術(shù)支持 首席工程師
錢家法 英飛凌科技電源與傳感系統(tǒng)事業(yè)部大中華區(qū)技術(shù)支持 總監(jiān)
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