創(chuàng)新型智能數(shù)字LED驅(qū)動(dòng)電源

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李紀(jì)明，陳杰

引 言

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(jí)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)，極大地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)地集成在一起，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， 即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)光接口和通信接口，極低的THD和待機(jī)功耗，使其具有強(qiáng)大的競(jìng)爭(zhēng)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?jiǎn)?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

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(jí)方案減小了輸出紋波，降低了單獨(dú)一級(jí)對(duì)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)者可以最大限度地利用系統(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)功耗要求越來越低，XDPL8221低至100 mW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。

2.1 XDPL8221原邊控制原理及精度

系統(tǒng)通過檢測(cè)反激變壓器原邊峰值電流來計(jì)算次級(jí)電流及過流保護(hù)。通過檢測(cè)輔助繞組的反射電壓來計(jì)算次級(jí)電壓，在退磁時(shí)間結(jié)束時(shí)，通過偵測(cè)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2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2 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3 THD優(yōu)化算法及50W demoboard THD 測(cè)試結(jié)果

圖3中右圖為實(shí)測(cè)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4種調(diào)光曲線，分別如圖4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(duì)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(duì)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4 XDPL8221 調(diào)光曲線

圖5為實(shí)測(cè)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。

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)；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。

2.5 實(shí)時(shí)通信功能

XDPL8221具備實(shí)時(shí)通信功能，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)。該通信是采用半雙工的UART協(xié)議，用8個(gè)比特的數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)通信功能。這種實(shí)時(shí)通信功能，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)。

3 通信及參數(shù)配置工具

英飛凌數(shù)字控制IC具有通信接口，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。

圖5 XDPL8221 調(diào)光曲線測(cè)試

結(jié) 語