1.引言
本文给读者带来一种高效、新颖的LED驱动电源配置方法：基于近场通信技术(NFC)的无线灵活配置方法。
LED照明灯具的规格多种多样，带来繁多的驱动电源规格，给设计、生产、销售、使用也带来了诸多的不便。为了减少这种不便，工程师们一直致力设计可以灵活配置输出电流的、更通用的驱动电源平台，使得同一电源能适配不同功率，不同亮度的LED灯具。从而减少驱动电源的种类，缩短开发周期，降低库存，缩短交货时间。如有需要，最终用户也可以重新配置驱动电源来适配LED灯具。
最为传统的配置方法是采用不同电阻值来配置(拨码开关方式产生多种组合)，需要接触操作。并且，此方法受制于电阻的阻值限制，一般只能设置几个电流档位，应用弹性少，功能单一。可以解决以上问题的NFC近场通信技术被创新地应用于LED电源，并逐步成为标准配置。
2.NFC技术应用在LED电源上
NFC是一种成熟的近距离无线通信技术，多年来已经被广泛地用于交通卡、银行卡、身份证和智能门锁等等。
NFC应用时有发射端和接收端，都内置有天线，接收端可以无需额外电源供电。工作时，发射端发射频率为13.56MHz的信号，较近的距离下接收端接收到此信号，并转换为电能为接收端供电，同时进行解码获得信息、修改信息以及进行反向传输，最终实现信息交换。
可以设想如图1所示，如果将一个接收端IC设计在LED电源上，就可以使用手机或者一个发射设备将需要配置的信息非接触地发送并写到LED电源上，LED电源根据这个信息输出不同的电流，甚至根据工作时长进行光衰补偿。
图1：典型NFC应用示意图。
如果这个IC内部有足够的空间，就可以用来存储更多的信息。通过读写设备将需要资料(如品牌，序列号等)写进去或读取出来，方便维护管理。
3.英飞凌的LED电源专用NFC控制芯片
基于以上的理念，英飞凌开发出专用于LED驱动电源的NFC控制芯片NLM0010和NLM0011，封装是非常紧凑的SOT-23，5脚封装，内建了丰富的功能。既可以在出厂前设置，也可以在终端客户安装前根据不同的光源设置，极大地简化了设计和使用。
如图2所示，NFC IC直接控制初级主控IC，在LED电源不接交流电源的情况下，通过读写设备将需要配置的参数信息发射出来，NFC控制芯片通过天线接收电能以维持自身工作，收到并且将其中的目标信息存储在内部存储器中。NFC控制芯片的信息也可反向地向读写设备传送，以获得以配置的参数信息。当LED驱动电源上电开机后，会给NFC控制芯片供电，内部根据已经存储在寄存器的信息通过计算转换为PWM信号输出至LED驱动控制器，控制输出电流从而改变LED的亮度。
图2：NFC初级(原边)控制示意图。
如图3所示，NFC控器芯片可以直接控制次级主控IC，ILD8150(E)是一颗DC/DC LED驱动控制器，NFC控制芯片的PWM输出直接连接到ILD8150(E)的DIM脚，实现更简单的输出电流控制。
图3：NFC次级(副边)控制示意图。
英飞凌的NFC控制芯片提供了更加丰富的功能：
- 电流设置精细、灵活，而传统的拨码开关设置受制于电阻的阻值限制，一般只能设置几个电流档位。
- 采用27MHz的内部时钟，即使采用10kHz的PWM频率，分辨率依然可以做到1/2700，也就是说可以设置2700个不同的输出。
- 内置2.8V输出精密稳压也有利于抑制因为VCC电源波动带来的额外误差。
- 因为采用灵活的数字控制，可以通过生产过程中的输出电流校准使实际输出电流更接近目标输出电流，并且可以采用比较大误差的稳压电路以降低成本，芯片内可以记录驱动电源的开关次数及其工作时长，可以通过NFC读写设备获得此信息为产品维护和优化提供方便。
- 其中NLM0011更内置了CLO(恒定流明输出)，可以根据LED光源的光衰特性动态调整驱动电流，达到恒定流明输出的目的，即光衰补偿。
4.NLM0010/11的简易应用设计
这两个IC的使用非常简易，硬件电路主要涉及IC的输出信号设计、Vcc的设计和天线设计。
- 适配调光信号的设计
当LED控制IC使用PWM作为调光信号时：可直接将NFC控制芯片的输出PWM信号输出至LED控制IC的调光脚，如图4所示。
图4：输出直接连接调光IC调光脚。
当LED控制IC使用直流电压作为调光信号时，NFC控制芯片的输出需要通过电阻和电容将PWM信号转换成直流电压，作为调光信号，如图5所示。
图5：输出加RC滤波再连接至控制电路。
- 需要记录开关次数和工作时长的设计
对于需要用到工作时长记录或开关次数记录的应用，关机后IC仍然需要足够的能量才能维持工作以保证数据的正确写入。这种情况下，Vcc脚需要外接一颗额外的22uF电容储能。另外需要确保Vcc供电电压范围在3.3~5.0V，极限范围3.0~5.5V，大多数情况下可以采用线性稳压方案。如图6所示，通过稳压电路较为精确的稳压，或采用图7所示的更简单、更低成本的电阻加稳压二极管稳压方案。
图6：三端稳压电路提供Vcc。
图7：稳压二极管电路提供Vcc。
- 小面积天线的设计
- 这两款芯片内部已经集成了一颗典型值23.5pF的电容(如图8所示)，只需要连接一个一定感量(使得谐振频率为13.56MHz左右)的天线即可；需要微调的话，也可外接电容。天线可以直接在绘制在PCB上，单面板或双面都可以。20mm×20mm内的天线大小基本可以满足需要。
图8：IC内置23.5pF电容。
- 天线设计时可以借助英飞凌提供的Excel计算工具计算PCB天线电感，拿到PCB实物后有条件的可以用网络分析仪测试实际电感量，或者装上元件做实际通信测试，并根据测试结果调整外接电容的容量以实现最好的通信质量。
另外，开发或使用时需要用到读写设备，请使用英飞凌推荐的型号。如果需要自主开发控制软件，可以参考英飞凌NLM0010或NLM0011的应用注解。
评估或开发初期也可以直接使用英飞凌提供的可以用于安卓系统的APK，使用带NFC功能安卓手机就可以进行测试。图9所示的是配置界面，可以配置PWM频率、最大占空比等，显示工作时长、开关次数等。图10是在手机端可查看到的内部存储的数据。
图9：配置界面。
图10：内部存储数据。
5.应用实例
如图11所示，NFC控制芯片和天线被设计在同一块小PCB上，此PCB的长宽只有2.5cm和1.5cm。插在LED驱动电源主板的次级电路上，占板空间非常小。实现了无接触的无线参数配置。这个设计需要通过R+C将NFC的PWM输出电压转为直流电压，然后利用运算放大器将其与电流采样电阻上的电压比较，通过反馈电路实现NFC设置的目标输出电流。
图11：应用实例。
6.结论
NFC芯片在LED电源的应用大大增加了电流设置的灵活性，与电阻设置或编码设置相比具有无可比拟的优越性，可以完全取代不方便的接触式拨码设计，在LED电源中的应用必将越来越多。英飞凌的NLM0010和NLM0011以其小体积(SOT23-5)，极为简单的电路，极具价值的开关次数统计和工作时长计数或光衰补偿功能，收到越来越多客户的使用。
作者：江万春，英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区技术支持首席工程师；
钱家法，英飞凌科技电源与传感系统事业部大中华区技术支持总监
2022年11月10-11日，AspenCore将在深圳大中华交易中心举办"IIC Shenzhen - 2022国际集成电路展览会暨研讨会"，同期举办的“第24届高效电源管理及功率器件论坛”将邀请纳芯微电子、大瞬科技、英诺赛科、泰克科技和是德科技的技术专家出席演讲，与观众们交流和分享行业趋势及最新技术。点击这里或扫描下方二维码报名参加！
-
微信扫一扫
一键转发 -
最前沿的电子设计资讯
请关注“电子技术设计微信公众号”
- 意法半导体STM32U5系列MCU上新，提高物联网和嵌入式应用 Ajax Systems已使用 新STM32U5 MCU开发下一代无线安保和智能家居解决方案；新STM32U5系列MCU是首款获得NIST嵌入式随机数熵源认证的通用MCU
- 电池管理系统创新如何提高电动汽车采用率 要在未来实现全电动化，需要进行电动动力总成系统创新，其中包括BMS、车载充电器和直流/直流转换器以及牵引逆变器。这些系统的核心是使电气化成为可能的半导体元件。
- 使用SiC和GaN创建面向未来的电力电子器件 随着碳化硅(SiC)和氮化镓(GaN)等宽禁带器件的推出，电力电子技术发生了翻天覆地的变化。事实上，这些材料的特性使其特别适合在高压和高开关频率下所运行的应用，并能提供比最先进的硅基功率器件更好的效率和散热管理。
- 如何大幅提高物联网设备的电池能效 本文探讨了如何使物联网(IoT)设备更加节能。在重点介绍毫微功耗运输模式和睡眠模式的关键作用之前，快速回顾了电池管理。 最后，提供了一种新的解决方案，与传统方法相比，它可以更好地优化电池管理的这两个方面，从而降低功耗水平和电路板空间。
- 利用无线BMS实现智能电池生态系统解决方案 有关电池创新的新闻往往会突出新的电池封装概念和新材料，它们有朝一日可能能够比当今的锂电池技术储存更多的电量。电池的另一个部分——电池管理系统(BMS)——则往往不为人所知，但却需要跟进并以此来支持电池创新。
- 软件定义电源让用户可控 传统上，AC/DC电源设计只能针对特定负载和线路条件进行优化。这源于在常用固定频率下的经典模拟控制和简单脉宽调制技术，这些限制通常会导致在极端工作范围内产生更高的元器件应力。
- 小米预研固态电池技术前景诱人，能量密度突破1000Wh/L 3月1日，小米又宣布预研固态电池技术，通过将电解液替换为固态电解质，不仅能量密度突破1000Wh/L，更大幅提升低温放电性能和安全性，称“有望一举解决手机电池三大痛点”。
- 胜过齐纳二极管的有源分流限压器 我需要用一个电路来限制某些耗散受限设备的电压。它必须将电压限制在最大1.5V，具有对称限制，能够接受2A的电流，并且在1V时漏电流小于100µA。可以用两个串联的齐纳二极管，阳极到阳极，达到目的，但稳压值为0.8V和2W耗散的齐纳二极管在市场上找不到。
- 用于GaN HEMT的超快速分立式短路保护 GaN HEMT的保护电路必须比硅基MOSFET中使用的传统短路和过流保护方法更快。
- 【电驱变革深探】： 从测试角度看800V超充技术下的电驱 市场调研数据显示，超过80%的用户对电动汽车的充电速度和续航里程表示不满，虽然新能源汽车市场在近几年飞速变化，但距离满足消费者心理预期的更高使用需求，尚有较大提升空间。预测数据显示，到2025年，800V SiC的市场占比将达到15%左右；不过在电动汽车全球发展提速的大趋势下，这一预测节点也许会提前到来。
- LDO的运行困境：低裕量和最小负载 开关式DC-DC转换器可提高电源效率，有些器件的效率可超过95%，但是以增加电源噪声为代价，通常在较宽带宽范围内都存在噪声问题。低压差线性稳压器(LDO)常用于清除供电轨中的噪声，但也需要进行一些权衡考量，其功耗会增加系统的热负载。
- Gridspertise和意法半导体20年合作新里程，赋能美国等地 意法半导体面向家庭的直接电力线通信（power line communication）通道将用于Gridspertise为美国市场开发的智能电表；赋能终端客户积极参与能源市场转型，促进分布式可再生能源整合和智能能源管理系统发展
- “高压锅”除了用来炖肉还能干嘛？ 超高压技术作为一种极端实验环境，是物理学家不断攀登科学高峰的体现。
- 拆解报告：X-STATION HDMI+2A1C+SSD三合一氮化镓玲珑坞 充电头网拿到了X-STATION近期新推出的一款多功能Cyberize玲珑坞，是全球首款集充电器、拓展坞和SSD移动硬盘为
- 拆解报告：雅迪180W石墨烯铅酸电池充电器 本次拆解的是雅迪另外一款智能充电器，这款充电器同样为铅酸电池充电器，采用220V交流输入，标称输出电压为60V，输
- PICO 4 VR一体机拆解 PICO 4 VR一体机还采用了双立体声扬声器，通过声场重构技术和头部运动数据计算音效定位，实现空间音频效果。配
- 康佳智能头盔评测 康佳智能头盔以“传统头盔+智能功能”的组合方式，让用户在得到安全保护的同时，享受到更多智能服务。实际用起
- 李想两万字回应：我们如何造车？ 在造车新势力中，理想汽车的李想也是个异类——身为CEO在微博上高强度冲浪，不时与黑粉激情对线；打造产品时与行
- 全球十大动力电池企业盘点之三：三星SDI 三星SDI的电池板块2022年全年营收约970.2亿元人民币，同比增长60.5%，营业利润约69.2亿元人民币，同比+133.2%，营业
- 拆解报告：一加80W超级闪充充电器 一加推出了一款80W输出功率的超级闪充充电器，这款充电器采用白色直板机身设计，配有固定插脚。支持5V2A或5-11V
- 海尔HB-W003真无线耳机评测 外观设计上，海尔HB-W003的充电盒采用新颖的滑盖设计，比常见的产品在视觉效果上更有辨识度。配置功能上，耳机采
- AWEI用维T29 Pro真无线耳机拆解 此次将要拆解的AWEI用维T29 Pro真无线耳机充电盒配备了RGB炫彩呼吸灯，支持开盖即连，支持快速充电；耳机采用了柄
- 两万字详解自动驾驶路径规划的常用算法 自动驾驶自诞生那天起，其志向便已立下，成为熟知城市每一处道路的“老司机”，成为乘客更安全、更舒适、更高效出
- 76份射频和微波资料汇总分享 今天我们分享一下近期整理的一些射频和微波课程网址分享给大家。
- 类比发布车规级变压器原边控制器IS801Q，进一步完善锂电池管理系统 致力于提供高品质芯片的国内优秀模拟及数模混合芯片设计商上海类比半导体技术有限公司（下称“类比半导体”或
- 类比半导体发布四款生物电势测量模拟前端芯片 致力于提供高品质芯片的国内优秀模拟及数模混合芯片设计商上海类比半导体技术有限公司（下称“类比半导体”或
- 意法半导体STM32U5系列MCU上新，提高物联网和嵌入式应用性能和能效 Ajax Systems已使用 新STM32U5 MCU开发下一代无线安保和智能家居解决方案；新STM32U5系列MCU是首款获得NIST
- Vishay推出采用先进Power DFN系列DFN3820A封装的额定电流高达4 汽车级200 V、400 V和 600 V器件厚度仅为0.88 mm，采用可润湿侧翼封装，改善热性能并提高效率
- 锐成芯微推出基于BCD工艺的三层光罩eFlash IP 成都锐成芯微科技股份有限公司宣布，公司推出基于BCD工艺平台的LogicFlash Pro® eFlash IP产品，其特点是在
- 瑞萨电子推出包括汽车级在内的10款全新成功产品组合 这些经过全面测试的解决方案展示了瑞萨的相关产品组合的强大实力，包含电动汽车充电、汽车仪表盘控制和其它应
- QORVO UWB技术帮助移远通信推出具有更高定位精度和安全性的新一 Qorvo宣布，移远通信基于 Qorvo DW3300Q 平台最新推出支持超宽带连接（UWB）技术的车规级模组 AU30Q，面向新一代汽
- 比科奇在MWC 23上为全球市场带来高性能低功耗的商用5G小基站和 现场展示了近十家中外客户基于PC802 PHY SoC开发的5G/4G小基站系统
- Microchip推出新一代PoE交换机，为户外应用增加先进的网络和安全功 PDS-204GCO是广受欢迎的PDS-104GO的下一代解决方案，易于安装且环保
- Teledyne e2v发布150万像素的统包式光学模组Optimom，用于快速轻松 Teledyne Technologies 集团旗下公司 Teledyne e2v 宣布推出 Optimom™ 系列最新产品 Optimom 1.5M，这一系列
- CEVA宣布推出其迄今功能最强大、效率最高的DSP架构， 满足5G-Advan 全新CEVA-XC20延续了CEVA在数字信号处理器领域的行业领导地位。这款DSP架构采用新颖的矢量多线程计算技术，与
- 瑞萨电子推出业界首款用于动态软件开发且基于云的系统开发工具Qu Quick-Connect Studio使用户能够在硬件设计之前快速构建原型并开发量产级软件，从而缩短设计周期
