用于街道照明平臺(tái)的數(shù)字LED驅(qū)動(dòng)器解決方案
為了通過(guò)降低正向電壓解決熱漂移問(wèn)題,提高系統(tǒng)總體能效,通過(guò)PWM和/或模擬調(diào)光技術(shù)控制亮度,獲得防失效管理和過(guò)熱控制功能,照明系統(tǒng)對(duì)具有特定控制功能的LED驅(qū)動(dòng)器的需求不斷提高。如果給建筑照明和街道照明等應(yīng)用增加價(jià)值,還需要在LED驅(qū)動(dòng)器內(nèi)增加遙控功能。因?yàn)榇蠊β室驍?shù)交流-直流變流器能夠把電網(wǎng)交流電壓轉(zhuǎn)換成更高的輸入直流電壓,所以普通照明LED驅(qū)動(dòng)器通常采用標(biāo)準(zhǔn)降壓拓?fù)洌@種驅(qū)動(dòng)器基于集成一個(gè)功率開(kāi)關(guān)的模擬單片解決方案,最大輸出電流達(dá)到 350mA。如果電壓高于50/60V,因?yàn)樾酒夹g(shù)限制,單片解決方案將無(wú)法勝任。
很多照明平臺(tái)需要那些使用多個(gè)驅(qū)動(dòng)器的多路輸出系統(tǒng),而這將會(huì)增加系統(tǒng)架構(gòu)和版圖設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,結(jié)果導(dǎo)致設(shè)計(jì)成本增加。標(biāo)準(zhǔn)解決方案的主要應(yīng)用限制與基于并聯(lián)電阻器和內(nèi)部比較器的電流檢測(cè)方法有關(guān)。比較器把從靈敏電阻器回饋的電流與內(nèi)部參考電流值進(jìn)行比較,然后產(chǎn)生一個(gè)用于控制柵極驅(qū)動(dòng)電路的輸出信號(hào)。
這個(gè)常用的模擬控制方法實(shí)現(xiàn)了對(duì)峰流的控制,因?yàn)長(zhǎng)ED光色漂移在很多要求嚴(yán)格的照明應(yīng)用領(lǐng)域是不準(zhǔn)許的,所以這種方法并不是高品質(zhì)照明的最佳解決方案。創(chuàng)新的LED驅(qū)動(dòng)器意法半導(dǎo)體提出一個(gè)能夠滿足照明要求的高成本效益的街道照明平臺(tái)解決方案。
該方案具有優(yōu)異的性能、超高能效(全負(fù)荷時(shí)總體能效大于91%)、完整的防失效管理(過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)和短路保護(hù))功能。該平臺(tái)由兩大部分組成:電源部分與電流控制器。
其中,電流控制器是一個(gè)數(shù)字電流控制器。電源電路的最大輸出功率達(dá)到130W (48V,2.7A),該電路由兩級(jí)電路組成:基于L6562AT的前端功率因數(shù)校正器(PFC)和基于L6599AT的LLC諧振轉(zhuǎn)換器。
這個(gè)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)如下:
擴(kuò)展的歐洲輸入交流電壓范圍 (177 ÷ 277 VAC-頻率 45 ÷ 55Hz)
超高能效(全負(fù)載是93.85%)免除了對(duì)散熱器的需求
無(wú)電解電容器,長(zhǎng)久可靠
符合EN61000-3-2Class-C (交流諧波)、EN55022-Class-B(EMI)和EN60950的雙絕緣 (SELV)標(biāo)準(zhǔn)
電流控制器的核心是采用一個(gè)以地線為參考的電流檢測(cè)方法,這個(gè)算法是由一個(gè)通用微控制器實(shí)現(xiàn)的,能夠調(diào)整反向降壓轉(zhuǎn)換器的輸出電流。該解決方案無(wú)需差分放大器或誤差放大器,更不需要網(wǎng)絡(luò)濾波器以及其它的外部無(wú)源器件。該反向降壓拓?fù)涞哪J綖檫B續(xù)導(dǎo)通模式(CCM),選擇CCM模式的原因是反向降壓拓?fù)涞墓β书_(kāi)關(guān)與地線相連,而不是像標(biāo)準(zhǔn)降壓拓?fù)淠菢舆B接上橋臂開(kāi)關(guān)。
因此,在這個(gè)解決方案中,可直接使用微控制器驅(qū)動(dòng)一個(gè)邏輯電平(5V)或超邏輯電平(3.3V)功率開(kāi)關(guān),無(wú)需任何柵極驅(qū)動(dòng)級(jí),這使總體解決方案變得簡(jiǎn)單且成本低廉。圖1所示是完整的照明解決方案。
圖1:LED街道照明解決方案靈活性是這個(gè)解決方案的研發(fā)目的,從低功率、低壓到大功率、高壓,該解決方案可單獨(dú)驅(qū)動(dòng)最多16個(gè)輸出通道。意法半導(dǎo)體擁有街道照明專用產(chǎn)品組合,因此,該解決方案讓設(shè)計(jì)人員只使用一個(gè)拓?fù)渚湍芨采w各種不同的LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
均流檢測(cè):專用的微控制器外設(shè)電流控制是這個(gè)平臺(tái)的與眾不同之處。該解決方案利用微控制器外設(shè)(高分辨率定時(shí)器和快速模數(shù)轉(zhuǎn)換器)來(lái)管理電流控制過(guò)程。 觸發(fā)器/時(shí)鐘控制器是定時(shí)器架構(gòu)的組件之一,模數(shù)轉(zhuǎn)換器觸發(fā)電路是觸發(fā)器/時(shí)鐘控制器內(nèi)置的一個(gè)特殊功能,通過(guò)TRGO信號(hào)可以管理模數(shù)轉(zhuǎn)換器的四個(gè)觸發(fā)信源事件 (Reset, Enable,Up/Down, Count)。在這個(gè)架構(gòu)內(nèi)有一個(gè)與PWM周期中心對(duì)準(zhǔn)的三角形載波,當(dāng)達(dá)到最大計(jì)算值時(shí),該三角形載波利用TRGO信號(hào)觸發(fā)模數(shù)轉(zhuǎn)換器,這個(gè)最大值正好是導(dǎo)通時(shí)間(Ton/2)波形周期的中間。如果能夠保證連續(xù)導(dǎo)通模式運(yùn)行,這個(gè)觸發(fā)操作與隨后的模數(shù)轉(zhuǎn)換過(guò)程將會(huì)計(jì)算出均流值,而不是在電流增大期間通過(guò)軟件處理過(guò)程來(lái)估算均流,如圖2b所示。
a) b)
圖2:a) 在導(dǎo)通期間(Ton)的LED電流; b) 在Ton/2期間的模數(shù)轉(zhuǎn)換器觸發(fā)操作 這個(gè)觸發(fā)功能嵌入在定時(shí)器架構(gòu)內(nèi),因?yàn)樵谵D(zhuǎn)換數(shù)據(jù)能夠用于電流回路通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)PI控制器調(diào)整電流前,轉(zhuǎn)換操作都是由軟件管理的,所以不會(huì)給CPU增加負(fù)荷。此外,Ton/2電流值不受開(kāi)關(guān)操作的影響(圖3a),因?yàn)闆](méi)有阻容濾波器引起的延時(shí),所以電流檢測(cè)精度不再是問(wèn)題。具有PWM調(diào)光功能的電流調(diào)整波形如 3b所示。
a) b)
圖3:a) LED電流(綠色波形)和并聯(lián)變阻器上的電壓(紫紅色波形); b) LED燈串上的均流控制一旦轉(zhuǎn)換操作結(jié)束,電流控制立即逐個(gè)通道地每3個(gè)PWM周期執(zhí)行一次轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷服務(wù)處理程序(End Of Conversion Interrupt ServiceRoutine),以確保適合的控制器帶寬。為最大限度地減少因控轉(zhuǎn)換時(shí)間造成的通道之間電流失匹,當(dāng)控制器對(duì)其中一個(gè)通道進(jìn)行轉(zhuǎn)換和調(diào)整操作時(shí),同時(shí)還利用不同的采樣時(shí)間控制其余的通道。為了在白天改變輸出光通量,調(diào)整照明系統(tǒng)的總體亮度,該平臺(tái)還在LED整流電路內(nèi)增加調(diào)光功能。
為了全面地分析采用反向降壓轉(zhuǎn)換器拓?fù)鋵?shí)現(xiàn)的數(shù)字電流控制器,圖4對(duì)能效與電流負(fù)載進(jìn)行了對(duì)比分析。在全負(fù)載時(shí),四條通道可實(shí)現(xiàn) 97%的總能效,這可滿足主要的節(jié)能要求。
圖4:能效最后,過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流保護(hù)和LED短路保護(hù)(有維修人員檢修的應(yīng)用情景)進(jìn)一步完善了這個(gè)街道照明平臺(tái)的性能和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。該平臺(tái)的優(yōu)點(diǎn)包括:可以輕松實(shí)現(xiàn)1到16路輸出通道,用軟件和靈活的數(shù)字控制器控制的1W、3W或大功率LED的電源模塊,為可調(diào)光的多燈串架構(gòu)的高能效街道照明系統(tǒng)提供最佳的解決方案。
評(píng)論