LED照明已經(jīng)在整個(gè)照明應(yīng)用中得到普及,,伴隨著智慧城市,智能路燈的發(fā)展,,LED驅(qū)動(dòng)電源也朝著智能化,,數(shù)字化方向發(fā)展。英飛凌作為引領(lǐng)智能LED照明的領(lǐng)先供應(yīng)商,,從系統(tǒng)級角度看待問題,,為客戶提供卓越的數(shù)字產(chǎn)品和解決方案,在提供高性能表現(xiàn)的產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案的同時(shí),,極大的減輕了客戶庫存的壓力和新產(chǎn)品推出的周期,,擴(kuò)展了研發(fā)設(shè)計(jì)的靈活性。英飛凌照明驅(qū)動(dòng)IC以其豐富的產(chǎn)品類型,,廣泛的拓?fù)浣M合,,搭配業(yè)界領(lǐng)先功率晶體管CoolMOS技術(shù),充分滿足了LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)的半導(dǎo)體器件選型需求,。
英飛凌的數(shù)字控制方案基于自有的數(shù)字核CPU,,結(jié)合強(qiáng)大的功率半導(dǎo)體制造技術(shù),,將兩者有機(jī)的集成在一起,創(chuàng)新了業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)字LED驅(qū)動(dòng)IC技術(shù),,此前已經(jīng)量產(chǎn)3款產(chǎn)品,, XDPL8105, XDPL8220,, ILD2111,。XDPL8221 是英飛凌系列數(shù)字智能LED驅(qū)動(dòng)IC中新成員,集成PFC和反激控制器于一體,,SO16窄體封裝,,具有恒流,恒壓,,限功率三種輸出工作狀態(tài),,獨(dú)立的調(diào)光接口和通訊接口,極低的THD和待機(jī)功耗,,使其具有強(qiáng)大的競爭力,。
1.英飛凌數(shù)字控制器概述
英飛凌數(shù)字控制器概念如圖1示, 內(nèi)核嵌入式CPU是英飛凌自有數(shù)字核,,功率變換控制減輕了CPU的負(fù)載,,提高了系統(tǒng)效率。外圍集成ADC轉(zhuǎn)換器和功率高壓啟動(dòng)單元及驅(qū)動(dòng),。完善的保護(hù)功能也一并集成在內(nèi),。
圖1 英飛凌數(shù)字控制器
2.XDPL8221 系統(tǒng)概述
典型的XDPL8221系統(tǒng)原理如圖2所示,XDPL8221高度集成臨界模式PFC和原邊控制準(zhǔn)諧振反激控制器,,大大減少了系統(tǒng)元器件數(shù)量,。兩級方案減小了輸出紋波,降低了單獨(dú)一級對設(shè)計(jì)余量的要求,,進(jìn)一步降低了成本,。
XDPL8221集成THD優(yōu)化算法,使得系統(tǒng)具有很高的PF值和很低的THD值,。獨(dú)特的恒壓,,恒流,限功率控制模式自由切換,,提供了極高的帶載靈活性,,系統(tǒng)設(shè)計(jì)研發(fā)者可以最大限度的利用系統(tǒng)硬件能力。
芯片內(nèi)的OTP單元存儲(chǔ)系統(tǒng)的參數(shù),,例如輸出電流,,輸出電壓,最大輸出功率,保護(hù)模式等等,。參數(shù)可以在研發(fā)階段或者量產(chǎn)產(chǎn)線上進(jìn)行重新配置,,這使得用戶在不更改硬件參數(shù)的情況下,生成不同的機(jī)種,,達(dá)到真正的一個(gè)平臺(tái)多機(jī)種的目的,。
低待機(jī)功耗的需求在照明應(yīng)用中越來越多,待機(jī)要求越來越低,,XDPL8221低至100mW的待機(jī)功耗樹立了行業(yè)的新標(biāo)桿,。
此外,內(nèi)部和外部的自適應(yīng)過溫度保護(hù)功能以及其他的保護(hù)功能一起守護(hù)著系統(tǒng)的安全可靠,。
圖2 XDPL8221典型系統(tǒng)
下面的章節(jié)將主要介紹XDPL8221精準(zhǔn)原邊控制的原理,,PF/THD優(yōu)化的算法,調(diào)光性能,,保護(hù)功能,,以及獨(dú)特的實(shí)時(shí)通訊功能,。
2.1 XDPL8221原邊控制原理及精度
XDPL8221原邊控制的典型波形圖如圖3,,系統(tǒng)通過檢測反激變壓器原邊峰值電流來計(jì)算次級電流及過流保護(hù)。通過檢測輔助繞組的反射電壓來計(jì)算次級電壓,,在退磁時(shí)間結(jié)束時(shí),,通過偵測ZCD腳位的電壓值即可算出此時(shí)輸出電壓值。在已知輸出電壓和電流的基礎(chǔ)上,,通過軟件的算法實(shí)現(xiàn)限功率控制,。
圖3 XDPL8221 原邊控制原理
如圖4所示為XDPL8221輸出特性曲線, 在恒壓段,,此時(shí)電源工作在恒壓區(qū),,輸出電流根據(jù)負(fù)載狀態(tài)需低于一定值。在恒流段,,此時(shí)電源工作在恒流點(diǎn)上,,輸出電壓需低于一定值,用來保證整個(gè)系統(tǒng)的輸出功率在控制范圍內(nèi),。 在限功率段,,電壓和電流之乘積需小于或等于設(shè)定的最大輸出功率。在限功率模式下,,其限功率的精度在2%以內(nèi),。限功率模式應(yīng)用比較適合驅(qū)動(dòng)COB燈珠。
圖4 XDPL8221 輸出特性曲線
2.2 XDPL8221 系統(tǒng)輸入PF值和THD 值
XDPL8221內(nèi)部集成了THD優(yōu)化功能,,使得THD在整個(gè)輸入電壓范圍內(nèi)和很寬的輸出功率情況下都保持優(yōu)秀的THD性能,。
圖5 THD優(yōu)化算法及50W demoboard THD 測試結(jié)果
圖5右所示為實(shí)測的THD曲線。從曲線可以看出,,全電壓輸入狀態(tài)下,,在30%負(fù)載到100%負(fù)載范圍內(nèi),,THD都能夠做到低于12%,同時(shí)也能夠滿足EN61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)要求,。
2.3.XDPL8221 調(diào)光性能
XDPL8221 內(nèi)部集成了四種調(diào)光曲線,,分別如圖6示,主要分為線性調(diào)光和曲線調(diào)光模式,,每種模式還可支持正向調(diào)光或者反向調(diào)光,。最小調(diào)光電流對應(yīng)的最小PWM DUTY可以在軟件界面里設(shè)置,同時(shí)最大調(diào)光電流對應(yīng)最大的PWM DUTY同樣可以在軟件里設(shè)置,。XDPL8221支持調(diào)光深度小于1%,,支持調(diào)滅功能,調(diào)滅設(shè)置的遲滯是可以在軟件里設(shè)置的,。
圖6 XDPL8221 調(diào)光曲線
圖7為實(shí)測的調(diào)光曲線,,調(diào)光深度<1%。而且?guī)Р煌?fù)載時(shí),,其調(diào)光曲線趨于一致,。
圖7 XDPL8221 調(diào)光曲線測試
2.4 保護(hù)功能
XDPL8221具備完善的保護(hù)功能,能夠?qū)崿F(xiàn)AC輸入電壓過壓欠壓保護(hù),,輸出電壓過欠壓保護(hù),,輸出電流的平均電流及峰值電流的過流保護(hù);且具備外部溫度保護(hù)的專用腳位,,用來做系統(tǒng)性的過溫保護(hù),。并且IC本體內(nèi)部也有過溫保護(hù)機(jī)制,用來保護(hù)IC本身,。
圖8 自適應(yīng)溫度保護(hù)
圖8所示為XDPL8221智能溫度保護(hù)曲線,,在過溫保護(hù)時(shí),會(huì)逐漸降低系統(tǒng)輸出電流直到設(shè)定的最小電流,,此時(shí)若溫度保護(hù)解除,,輸出電流會(huì)逐漸上升至最大工作電流;若此時(shí)溫度保護(hù)一直存在但是又不超過最大過溫點(diǎn),,系統(tǒng)會(huì)一直工作在最小輸出電流狀態(tài),。這種模式的過溫保護(hù),極大的保證了燈的點(diǎn)亮?xí)r間,。
2.5 實(shí)時(shí)通訊功能
XDPL8221具備實(shí)時(shí)通訊功能,,通過IC的UART腳位,可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制輸出電流或者調(diào)光的亮度及整燈的開關(guān)控制,,并且也可實(shí)時(shí)讀取系統(tǒng)的工作狀態(tài),,輸出狀態(tài)以及異常保護(hù)狀態(tài)。該通訊是采用半雙工的UART協(xié)議,用8個(gè)比特的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)通訊功能,。這種實(shí)時(shí)通訊功能,,可用于智能路燈或者智能室內(nèi)外照明應(yīng)用,方便集中控制,,智能匯報(bào)每盞燈的工作狀態(tài)或者曾經(jīng)出現(xiàn)的異常保護(hù),,方便后期的維護(hù)。
圖9 實(shí)時(shí)通訊軟件界面
從圖9的實(shí)時(shí)通訊軟件可以看出,,可實(shí)時(shí)了解IC的工作狀態(tài),,輸入電壓,輸出電壓電流以及調(diào)光狀態(tài),,并且也可通過軟件來實(shí)施開關(guān)機(jī)動(dòng)作或者設(shè)置調(diào)光水平,。
3. 通訊及參數(shù)配置工具
英飛凌數(shù)字控制IC具有通訊接口,可以使用提供的接口板(interface board)將目標(biāo)板和PC連接起來,,用戶可以根據(jù)實(shí)際需要隨時(shí)自行修改參數(shù),,大大提高了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的靈活性,縮短了系統(tǒng)開發(fā)時(shí)間。
典型參數(shù)配置系統(tǒng)及界面如圖10示,。
圖10 參數(shù)配置系統(tǒng)典型設(shè)置及配置界面
在參數(shù)配置的軟件里,,無需客戶研發(fā)工程師懂得軟件編程,只需要懂得硬件設(shè)計(jì)就可以很好的使用這個(gè)配置軟件,。在配置軟件里,,需要工程師輸入IC周邊硬件參數(shù)信息以及系統(tǒng)輸入輸出規(guī)格參數(shù),,然后把配置好的參數(shù)寫入IC,,就可以開機(jī)測試。
4 結(jié)論
本文描述了英飛凌數(shù)字控制IC的概況,,及其針對照明應(yīng)用要求開發(fā)的驅(qū)動(dòng)芯片XDPL8221的大概情況,。目前來說,XDPL8221能夠滿足絕大多數(shù)智能照明對控制芯片的要求,。