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单串多串调光调色都不怕:看这款智能照明方案如何做到通用

时间:2018-02-14 作者:Franklin Zhao 阅读:
由于节能、寿命长、可调光、调色等特性,LED照明正在替代传统照明,成为智能家居中的一个重要组成部分。然而,智能照明供电设计却面临提高动态响应特性和保证无线控制模块工作等挑战。看这款智能照明方案如何做到通用。

由于节能、寿命长、可调光、调色等特性,LED照明正在替代传统照明,成为智能家居中的一个重要组成部分。另外,对于商场、KTV等场所,也广泛采用RGB LED照明来增加喜庆和娱乐气氛。然而,智能照明供电设计却面临提高动态响应特性和保证无线控制模块工作等挑战。

一般,智能照明框架由功率因数校正(PFC)、功率变换、LED驱动级、无线控制模块和LED负载几个部分所组成。其中,由于LED负载属小功率,功率变换级一般采用反激电源来设计。输出端LED驱动级或是带恒流(单串LED)或是带恒压(多串LED)负载。另外,智能照明还需要一个无线控制模块来对RGB三色LED作驱动。如果需要调光,则在LED驱动级还需增加一些信号,做PWM调光或模拟调光。

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LYTSwitch-6:应对智能照明供电挑战的通用LED驱动方案

针对上述智能照明的供电挑战和设计要求,Power Integrations公司(PI)日前推出了一款通用LED驱动方案LYTSwitch-6。这款产品是在之前推出的反激式电源转换IC InnoSwitch3的基础上为LED驱动而优化(有关InnoSwitch3的详情请见《反激式电源效率提升到94%,意味着哪些设计优势?》。

PI公司高级技术培训经理阎金光(Jason Yan)日前在产品发布会上告诉记者,LYTSwitch-6支持智能照明、商用及工业照明应用,比如天花灯、射灯以及智能照明和智能家居(可以用智能手机通过WiFi对RGB LED进行远程控制)。

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他指出,为了实现低待机,需要在待机模式下提供一个高效供电的辅助电源。这在分立元件当中很普遍,但在LYTSwitch-6当中可以通过漏极实现自供电,因此在很多应用中不需要增加辅助电源。此外,LYTSwitch-6可以做到更低的功耗,低于15mW。

智能照明的无线控制模块,如果它的辅助电源也来自变压器绕组的话,它的电压会随LED负载变化而变化。当LED灯完全关掉,即电源处于空载状态时,辅助电源电压为最低,这时要保证对该模块的电路进行供电(处在待机状态,始终要等待发指令)。

另外,RGB三个灯串的电源都来自一个LED驱动输出。LED驱动级输出是一个恒压状态。当一串LED灯珠点亮时,驱动电压会下降。这时就会影响另外两串LED的点亮。因此,在动态负载的情况下,输出电压需要维持稳定,即输出不能畸变。

“如果是单串LED,由于LED是电流驱动型器件,要求LED驱动器具备恒流特性。而智能照明是RGB 3串LED并联到一个驱动输出上,这就需要驱动输出是恒压特性。因此需要在驱动级后加一个二次电路来实现恒压到恒流的转换。”Jason补充说,LYTSwitch-6就可以实现功率变换、LED驱动以及辅助电源的维持。

LYTSwitch-6的特点及优势

下面是LYTSwitch-6的特点及优势。

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和InnoSwitch3一样,由于输出电压和输出电流都是直接检测,因此二者精度可以做得很高。如前所述,LED驱动有恒压输出和恒流输出,因此LYTSWITCH-6一个平台既可以作恒压输出也可以作恒流输出。控制环路响应速度快可降低输出纹波。“纹波降低的好处是可以降低LED闪烁。这个闪烁可能人眼感觉不到,但如果用手机拍照,镜头里就会有滚屏的黑线。”Jason解释道,“输出纹波降低的另一个好处是在输出端可以采用更小容量的输出电容,因此可以降低成本,节省空间,对可靠性也有帮助。”

负载调整率是指电源输出从轻载到重载,输出电压的变化。LED中为什么负载调整率也很重要呢?有两点,第一点是,调光的过程中,负载由轻到重变化,如果电压能够稳定的话,对调光会有帮助。第二点是,对于智能照明,空载时电压不能跳得太高,否则智能模块的供电会有问题。瞬态响应好,就不会出现某路重载,另两路电流降低的情况。

LYTSWITCH-6的架构

LYTSWITCH-6和InnoSwitch3是同样的架构。次级有同步整流,初级有输入电压检测。输入电压检测对于比较恶劣的应用,比如印度市场电压不稳或电压很高的时候可以把开关关断,从而对输入端进行保护。内部集成的MOSFET有650V和725V两种。对于某些工业应用电压比较高或电网不稳定的场合,就可以选725V的MOSFET。

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初级和次级之间还是采用InnoSwitch3中的Fluxlink磁感耦合方式,耦合特性不会随电源寿命的增加而下降。另外,初次级侧各有一个控制器。这两个控制器可以非常精准地协同工作,从而降低死区时间,提高MOSFET的利用率,即提高效率,并降低纹波,从而可采用更小的输出电容。

LYTSWITCH-6提供完善的保护。其中一个保护是热折返保护,即温度升高,电源并不是立即关断。“当家里失火或厨房冒烟时,需要有充足的逃生时间,因此灯不能马上关断。热折返特性是指输出电流随环境温度的增加而缓慢下降。打比方说,环境温度从60℃上升到80℃,灯的亮度是逐渐下降,但仍能提供微弱照明,保证用户逃生。而如果达到90℃,灯就完全熄灭。”Jason说。

同步整流的效率跟输出电压/电流的规格有关。输出电流越大,同步整流(MOSFET)相对传统的二极管整流优势越明显(因为MOSFET的功耗是I2R,R是mΩ级,而二极管的功耗是UI)。

InSOP-24 C封装:提升初级侧安全

LYTSWITCH-6采用传统的InSOP-24 C封装。该封装为了提升初级侧安全,将漏极放在另一个角落,从而保证足够宽的爬电间距。如下表所示,VDC规格是对应两级电路实现,前级是PFC校正电路,输出是个直流高压。

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半有源PFC:兼得单级和两级PFC的优势

下图是不同PFC校正方法的对比。传统的单级和两级各有缺点:单级效率高但输出纹波高,两级输出纹波低但效率低。半有源的方式取了二者优点(折中)。半有源PFC电路与初级功率开关协同工作。它当中加了两个二极管和一个电感,连接到初级侧MOSFET的漏极。在MOSFET开关期间,电感参与储能和放能,改变输入电流情况,从而改变功率因数。因为有能量的储存和释放过程,所以将它称为有源操作。

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DER-637/ DER-660参考设计:支持单串和多串LED照明/ DALI调光

另外,PI推出了DER-637参考设计,支持单串和多串LED照明。这个参考设计虽然器件少,但设计成双面板,可以帮助散热。不需要散热器,可以减轻重量(影响跌落试验),降低成本。它采用上下铺铜和加过孔(填充焊锡)传导散热。

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DER-660则支持数字可寻址照明接口(DALI)调光。这种调光在欧洲采用较多。下图中的DALI接口板接收DALI信号。它可以对多个灯中的个别灯(地址)进行单独调光设定,而不像可控硅调光是统一设定。

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