Aperçu de la conception
Le TIDA-01096 TI Design est un sous-système de pilotage LED DC-DC testé pour luminaires LED blancs réglables. Cette conception s'appuie sur une plateforme système sur puce (SoC) sans fil, permettant le réglage d'intensité (gradation) et le contrôle de la température de couleur corrélée (CCT) via tout appareil Bluetooth low energy (BLE).
Innovation clé : Les luminaires à blanc réglable reproduisent les conditions de lumière naturelle. Avec des chaînes de LED blanc chaud et blanc froid indépendantes, la conception permet un réglage de la CCT, favorisant une stimulation circadienne adaptée aux applications de bien-être humain.
Spécifications de Performance Clés
Key Features & Benefits
Fonctionnement à haut rendement
Efficacité de 98% entre 100% et 50% de luminosité avec gradation analogique, réduisant la consommation d'énergie et la génération de chaleur dans les systèmes d'éclairage LED.
Fonctionnalités de gradation avancées
Rapport de contraste 1:25 avec gradation analogique et 1:50 avec gradation PWM, offrant un contrôle de luminosité précis pour divers scénarios d'éclairage.
Contrôle Bluetooth sans fil
La connectivité Bluetooth Smart permet le contrôle sans fil de l'intensité et de la température de couleur via smartphones ou autres appareils BLE.
Détection de la Lumière Ambiante
Mesure lumineuse basée sur OPT3001 permettant la récupération de lumière naturelle et des implémentations à lumens constants via logiciel pour l'efficacité énergétique.
Protection Complète
La protection contre les surintensités et les surtempératures pour le driver et le module LED garantit un fonctionnement fiable et une durée de vie prolongée.
Prise en Charge de l'Éclairage Circadien
La fonction de blanc réglable soutient les applications de bien-être humain en simulant les conditions de lumière naturelle tout au long de la journée.
Aperçu détaillé du contenu
Contenu du document
Vue d'ensemble du système
Les diodes électroluminescentes (LED) sont de plus en plus utilisées comme source lumineuse. Au moment de la rédaction de ce document, l'éclairage évolue actuellement d'une simple illumination des zones avec un flux lumineux constant vers la fourniture d'un éclairage de qualité et contrôlé. Un éclairage de haute qualité avec intensité réglable et température de couleur ajustable joue un rôle clé dans l'amélioration de l'architecture et du bien-être humain.
Pour modifier la température de couleur de la lumière blanche, le concepteur peut mettre en œuvre une combinaison de LED chaudes (température de couleur d'environ 2500 K) et de LED froides (température de couleur d'environ 5700 K). Des LED COB blanches accordables sont disponibles avec deux chaînes séparées. En modifiant le courant traversant les chaînes, le concepteur peut créer des températures de couleur allant de 2500 K à 5700 K.
Le moteur à LED blanches accordables avec ses pilotes peut servir de plateforme pour l'éclairage circadien, qui cible le bien-être humain. L'éclairage a un effet profond sur le sommeil, la vigilance, l'efficacité au travail et la santé. Un système d'éclairage à LED blanches accordables peut être utilisé pour maintenir correctement le rythme circadien, en fournissant la quantité nécessaire de lumière blanche et de lumière chaude, ce qui améliore le bien-être en environnement intérieur.
Spécifications Clés du Système
| PARAMÈTRES | MIN | TYP | MAX | UNIT |
|---|---|---|---|---|
| Tension d'entrée | 35 | - | 42 | V |
| Courant de sortie (LED) | 0 | - | 700 | mA |
| Fréquence de commutation | - | 600 | - | kHz |
| Fréquence de gradation PWM | 200 | - | 5000 | Hz |
| Tension directe des LED chaudes | 34 | 37 | 40 | V |
| Tension directe des LED à froid | 35 | 38 | 41 | V |
| Température de fonctionnement | -30 | - | 100 | °C |
Schéma Fonctionnel du Système
L'architecture du système est construite autour du kit SimpleLink CC2650 Wireless MCU LaunchPad, qui contrôle deux pilotes LED Buck TPS92513HV pour les chaînes de LED chaudes et froides. La conception inclut :
- CC2650 Wireless MCU : Génère des signaux PWM pour le contrôle de gradation et gère la connectivité Bluetooth
- Pilotes de LED Buck TPS92513HV : Deux pilotes indépendants pour les chaînes de LED chaudes et froides avec réglage de courant analogique intégré
- Amplificateurs opérationnels OPA376 : Tamponner les signaux PWM filtrés pour la commande d'atténuation analogique
- OPT3001 Capteur de Lumière Ambiante : Permet la récupération de lumière naturelle et un flux lumineux constant
- Capteur de Température LMT84 : Surveille la température du dissipateur thermique pour la protection thermique
- Filtres Passe-Bas RC : Convertir les signaux PWM en tensions analogiques pour le réglage de référence de courant
Note de conception : Le système accepte une entrée CC de 35-42V et pilote une LED COB blanc réglable de 35W avec des chaînes de LED chaudes et froides séparées, permettant un réglage de la température de couleur de 2500K à 5700K.
Composants mis en évidence
TPS92513HV
Régulateur de courant abaisseur 1,5 A avec MOSFET intégré pour l'alimentation de LED haute intensité.
- Plage de tension d'entrée de 4,5 à 60 V
- Précision du courant LED de ±5 %
- Fréquence de commutation de 100 kHz à 2 MHz
- Entrée de gradation PWM dédiée
- MOSFET haut de gamme intégré 220 mΩ
CC2650
Microcontrôleur sans fil destiné aux applications Bluetooth Smart, ZigBee et 6LoWPAN.
- Processeur 32 bits ARM Cortex-M3 à 48 MHz
- Contrôleur de capteurs ultra-basse consommation
- Contrôleur BLE intégré en ROM
- 128 Ko de mémoire Flash, 20 Ko de SRAM
- Jeu de périphériques riche incluant I²C, UART, SPI
OPT3001
Capteur de lumière ambiante avec filtrage optique de précision pour correspondre à la réponse de l'œil humain.
- Rejects >99% of IR
- Plage de mesure de 0,01 lux à 83 k lux
- Plage dynamique effective de 23 bits
- Faible courant de fonctionnement : 1,8 µA
- Sortie numérique compatible I²C
OPA376
Amplificateur opérationnel bas bruit avec e-trim, offrant une précision DC et des performances AC exceptionnelles.
- Faible bruit : 7,5 nV/√Hz à 1 kHz
- Faible tension d'offset : 5 µV typique
- Produit gain-bande passante de 5,5 MHz
- Entrée et sortie rail-à-rail
- Tension d'alimentation de 2,2 V à 5,5 V
LMT84
Capteur de température CMOS de précision avec tension de sortie analogique inversement proportionnelle à la température.
- Précision typique de ±0,4 °C
- Plage de température de -50 °C à 150 °C
- Faible courant de repos de 5,4 µA
- Gain moyen du capteur de -5,5 mV/°C
- Faible tension de fonctionnement de 1,5 V
Théorie de conception du système
Les LED nécessitent une commande à courant constant, et la lumière blanche modulable exige que le courant dans deux chaînes de LED distinctes soit variable et contrôlé. Un luminaire LED blanc modulable requiert une alimentation AC-DC à tension constante combinée à deux contrôleurs de courant abaisseurs DC-DC pour faire varier le courant traversant les chaînes de LED.
La plateforme TIDA-01096 utilise deux pilotes LED abaisseurs TPS92513HV avec réglage de courant analogique intégré pour contrôler le courant traversant les chaînes de LED chaudes et froides. Les pilotes LED TPS92513/HV disposent d'entrées séparées pour l'atténuation analogique et par modulation de largeur d'impulsion (PWM), permettant un contrôle de luminosité sans compromis pour atteindre des rapports de contraste supérieurs à 100:1.
Les pilotes LED abaisseurs sont contrôlés par le kit LaunchPad SimpleLink CC2650 Wireless MCU, qui génère deux signaux PWM pour l'atténuation PWM des deux chaînes. La réalisation de l'atténuation analogique nécessite deux entrées analogiques variables pour régler le IADJ des pilotes LED abaisseurs. Le IADJ variable est obtenu en utilisant le PWM du dispositif CC2650 comme convertisseur numérique-analogique (DAC). Pour ce processus, le PWM généré par le dispositif CC2650 est filtré par un filtre passe-bas RC à quatre étages et la sortie filtrée est tamponnée à l'aide de l'amplificateur opérationnel OPA376.
Design Equations
La conception inclut des calculs détaillés pour :
- Réglage du verrouillage de sous-tension : R1=120kΩ et R6=5kΩ définissent l'UVLO à 30,5V
- Fréquence de commutation : RRT=190,63kΩ règle fSW=600kHz
- Réglage du courant LED : RISENSE=0.05Ω pour un courant LED maximal de 700mA
- Filtre d'atténuation analogique : Filtre RC à quatre étages avec une fréquence de coupure de 391Hz
- Sélection de l'inductance : Calculé pour un courant d'ondulation de 275 mA à pleine charge
- Condensateur de sortie : 4,7 μF sélectionné pour obtenir un courant d'ondulation de LED de 5 mA
Techniques d'Atténuation Lumineuse
La conception met en œuvre trois méthodes de gradation distinctes pour offrir une flexibilité et optimiser les performances sous différentes conditions de fonctionnement :
Gradation analogique
Utilisation de la broche IADJ pour régler dynamiquement le courant des LED. Plus efficace avec moins d'EMI mais peut entraîner des variations de température de couleur à très faible courant.
- Utilise un signal PWM filtré à travers un filtre RC à 4 étages
- Offre une résolution de 12 bits
- Efficacité supérieure : jusqu'à 98%
- Rapport de contraste 1:25
Gradation PWM
Utilisation de la broche PDIM pour activer/désactiver le pilote de grille. Évite les problèmes de température de couleur à faible courant et offre une résolution supérieure.
- Plage de fréquence de 200 Hz à 5 kHz
- Contrôle direct du pilote de grille
- Meilleure linéarité de gradation à faible courant
- Rapport de contraste 1:50
Hybrid Dimming
Combine les deux méthodes - l'analogique pour l'efficacité et la PWM pour le réglage fin et une meilleure résolution aux courants faibles.
- Optimise l'efficacité et la résolution
- Analogique pour la plage de gradation principale
- PWM pour le réglage fin à faible courant
- Meilleure des deux techniques
Fonctionnement sans scintillement : La conception permet un fonctionnement sans scintillement jusqu'à 6mA de courant de sortie en modifiant la résistance de détection de courant de 50mΩ à 250mΩ, offrant un éclairage de qualité même à des niveaux de luminosité très faibles.
Test Data & Performance
Des tests complets démontrent les performances exceptionnelles de la conception dans diverses conditions de fonctionnement :
Performance d'Efficacité
- Gradation analogique : 98.15% peak efficiency at full load, maintaining >95% efficiency down to 20% load
- Gradation PWM (1kHz) : Efficacité de 97,39 % à un cycle de service de 100 %, diminuant progressivement jusqu'à 84,88 % à un cycle de service de 3 %
- Gradation PWM (5kHz) : 97.82% efficiency at 100% duty cycle, maintaining >90% efficiency down to 5% duty cycle
- Variation de tension d'entrée : Le rendement reste supérieur à 97% sur la plage d'entrée de 35V à 48V
Performances de blanc réglable
Le système maintient efficacement le réglage de la température de couleur à différents niveaux de luminosité :
- Luminosité à 100 % : L'efficacité du système varie de 97,27 % (blanc froid) à 98,15 % (blanc chaud)
- Luminosité à 75 % : L'efficacité varie entre 97,24 % et 98,01 % selon la température de couleur
- Luminosité à 50 % : L'efficacité varie entre 97,18 % et 98,31 % sur la plage de réglage
Performance du capteur
- OPT3001 Capteur de Lumière Ambiante : Fournit des mesures précises en lux de 2,57 lux à 12 902 lux
- Capteur de Température LMT84 : Surveille la température du dissipateur thermique de 36,21 °C à 61,60 °C sous diverses conditions de charge
Design Files & Resources
Le package de conception complet inclut tous les fichiers nécessaires à la mise en œuvre :
- Schémas : Schémas de circuit complets pour le système de pilotage de LED
- Nomenclature: Liste exhaustive des pièces avec références fabricant
- Implantation de la carte PCB: Fichiers Gerber et recommandations de conception
- Projet Altium : Fichiers complets du projet de conception
- Plans d'Assemblage : Instructions détaillées d'assemblage
- Fichiers Logiciels : Firmware pour microcontrôleur CC2650 avec connectivité BLE
Domaines d'application : Cette conception de référence est idéale pour l'éclairage LED intérieur (résidentiel, commercial, hôtellerie, éclairage d'accentuation), les systèmes d'éclairage connectés sans fil, et les applications d'éclairage LED basse tension à courant continu nécessitant un contrôle précis de la température de couleur et une connectivité sans fil.
Remarque : Ceci est un résumé complet de la conception de référence. Le document PDF intégral contient des schémas détaillés, des recommandations de mise en page, les détails de mise en œuvre du firmware et des données de test approfondies. Nous recommandons de télécharger la version PDF complète pour obtenir tous les détails de mise en œuvre.