創(chuàng)新型智能數(shù)字LED驅(qū)動電源

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李紀明，陳杰

引 言

LED照明已經(jīng)在整個照明應用中得到普及，伴隨著智慧城市、智能路燈的發(fā)展，LED驅(qū)動電源也朝著智能化、數(shù)字化方向發(fā)展。英飛凌作為引領智能LED照明的領先供應商，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，極大地減輕了客戶庫存的壓力和新產(chǎn)品推出的周期，擴展了研發(fā)設計的靈活性。英飛凌照明驅(qū)動IC以其豐富的產(chǎn)品類型、廣泛的拓撲組合、搭配業(yè)界領先功率晶體管CoolMOS技術(shù)，充分滿足了LED驅(qū)動電源設計的半導體器件選型需求。

英飛凌的數(shù)字控制方案基于自有的數(shù)字核CPU，結(jié)合強大的功率半導體制造技術(shù)，將兩者有機地集成在一起，創(chuàng)新了業(yè)界領先的數(shù)字LED驅(qū)動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)。獨立的調(diào)光接口和通信接口，極低的THD和待機功耗，使其具有強大的競爭力。

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單元及驅(qū)動。完善的保護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，降低了單獨一級對設計余量的要求，進一步降低了成本。

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)設計研發(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種，達到真正的一個平臺多機種的目的。

低待機功耗的需求在照明應用中越來越多，待機功耗要求越來越低，XDPL8221低至100 mW的待機功耗樹立了行業(yè)的新標桿。此外，內(nèi)部和外部的自適應過溫度保護功能以及其他的保護功能一起守護著系統(tǒng)的安全可靠。

2.1 XDPL8221原邊控制原理及精度

系統(tǒng)通過檢測反激變壓器原邊峰值電流來計算次級電流及過流保護。通過檢測輔助繞組的反射電壓來計算次級電壓，在退磁時間結(jié)束時，通過偵測ZCD腳位的電壓值即可算出此時輸出電壓值。在已知輸出電壓和電流的基礎上，通過軟件的算法實現(xiàn)限功率控制。

圖2所示為XDPL8221輸出特性曲線， 在恒壓段，此時電源工作在恒壓區(qū)，輸出電流根據(jù)負載狀態(tài)需低于一定值。在恒流段，此時電源工作在恒流點上，輸出電壓需低于一定值，用來保證整個系統(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)。限功率模式應用比較適合驅(qū)動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 測試結(jié)果

圖3中右圖為實測的THD曲線。從曲線可以看出，全電壓輸入狀態(tài)下，在30%負載到100%負載范圍內(nèi)，THD都能夠做到低于12%，同時也能夠滿足EN61000-3-2標準要求。

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)光電流對應的最小PWM DUTY可以在軟件界面里設置，同時最大調(diào)光電流對應最大的PWM DUTY同樣可以在軟件里設置。XDPL8221支持調(diào)光深度小于1%，支持調(diào)滅功能，調(diào)滅設置的遲滯是可以在軟件里設置的。

圖4 XDPL8221 調(diào)光曲線

圖5為實測的調(diào)光曲線，調(diào)光深度<1%。而且?guī)Р煌撦d時，其調(diào)光曲線趨于一致。

2.4 保護功能

XDPL8221具備完善的保護功能，能夠?qū)崿F(xiàn)AC輸入電壓過壓欠壓保護、輸出電壓過欠壓保護、輸出電流的平均電流及峰值電流的過流保護；具備外部溫度保護的專用腳位，用來做系統(tǒng)性的過溫保護；并且IC本體內(nèi)部也有過溫保護機制，用來保護IC本身。

2.5 實時通信功能

XDPL8221具備實時通信功能，通過IC的UART腳位，可實現(xiàn)實時控制輸出電流或者調(diào)光的亮度及整燈的開關控制，并且也可實時讀取系統(tǒng)的工作狀態(tài)，輸出狀態(tài)以及異常保護狀態(tài)。該通信是采用半雙工的UART協(xié)議，用8個比特的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)通信功能。這種實時通信功能，可用于智能路燈或者智能室內(nèi)外照明應用，方便集中控制、智能匯報每盞燈的工作狀態(tài)或者曾經(jīng)出現(xiàn)的異常保護，方便后期的維護。

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)將目標板和PC連接起來，用戶可以根據(jù)實際需要隨時自行修改參數(shù)，大大提高了系統(tǒng)設計的靈活性,縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間。

圖5 XDPL8221 調(diào)光曲線測試

結(jié) 語