Pemandu DC-DC LED Putih Boleh Ditala Kecekapan Tinggi

Dengan Reka Bentuk Rujukan Sambungan Bluetooth® Pintar

TEXAS INSTRUMENTS | TIDA-01096 | Ogos 2016

Lihat PDF Muat Turun PDF Terjemah PDF

Reka Bentuk Gambaran Keseluruhan

TIDA-01096 TI Design ialah subsistem pemacu LED DC-DC yang telah diuji untuk luminer LED putih yang boleh dilaraskan. Reka bentuk ini dibangunkan atas platform sistem-atas-cip (SoC) tanpa wayar, yang membolehkan pelarasan keamatan (pemudaran) dan kawalan suhu warna berkaitan (CCT) menggunakan mana-mana peranti Bluetooth tenaga rendah (BLE).

Inovasi Utama: Lampu putih boleh laras meniru keadaan cahaya siang. Dengan reka bentuk yang menggabungkan rentetan LED putih hangat dan putih sejuk secara berasingan, ia membolehkan pelarasan CCT untuk mencapai rangsangan sirkadian yang sesuai bagi aplikasi kesihatan manusia.

Spesifikasi Prestasi Utama

98%
Kecekapan Puncak dengan Peredupan Analog
1:50
Nisbah Kontras dengan Peredupan PWM
5 kHz
Frekuensi Maksimum Peredupan PWM
700 mA
Max LED Current per String

Key Features & Benefits

Operasi Kecekapan Tinggi

Kecekapan 98% daripada 100% hingga 50% kecerahan dengan pendim analog, mengurangkan penggunaan tenaga dan penjanaan haba dalam sistem pencahayaan LED.

Keupayaan Pendim Termaju

Nisbah kontras 1:25 dengan pendimian analog dan 1:50 dengan pendimian PWM, menyediakan kawalan kecerahan tepat untuk pelbagai senario pencahayaan.

Kawalan Bluetooth Wayarles

Bluetooth Smart connectivity membolehkan kawalan wayarles keamatan dan suhu warna menggunakan telefon pintar atau peranti BLE lain.

Penderiaan Cahaya Ambien

Pengukuran cahaya berasaskan OPT3001 membolehkan penuaian cahaya siang dan pelaksanaan lumen malar dalam perisian untuk kecekapan tenaga.

Perlindungan Menyeluruh

Perlindungan arus berlebihan dan suhu berlebihan untuk driver dan modul LED memastikan operasi yang andal dan masa pakai yang diperpanjang.

Sokongan Pencahayaan Circadian

Keupayaan putih boleh ditala menyokong aplikasi kesihatan manusia dengan mensimulasikan keadaan cahaya siang semula jadi sepanjang hari.

Gambaran Keseluruhan Kandungan Terperinci

Kandungan Dokumen

Gambaran Keseluruhan Sistem

Diod pemancar cahaya (LED) semakin digunakan sebagai sumber cahaya. Pada masa penulisan ini, fokus pencahayaan beralih daripada sekadar menerangi kawasan dengan output cahaya malar kepada menyediakan output cahaya berkualiti dan terkawal. Pencahayaan berkualiti tinggi dengan intensiti boleh laras dan suhu warna boleh laras memainkan peranan penting dalam meningkatkan seni bina dan kesejahteraan manusia.

Untuk mengubah suhu warna cahaya putih, pereka boleh melaksanakan gabungan LED hangat (suhu warna sekitar 2500 K) dan LED sejuk (suhu warna sekitar 5700 K). LED papan-cip (COB) putih yang boleh dilaraskan terdapat dengan dua rentetan berasingan. Dengan mengubah arus melalui rentetan, pereka boleh mencipta suhu warna dari 2500 K hingga 5700 K.

Enjin LED putih boleh laras dengan pemacu boleh digunakan sebagai platform untuk pencahayaan sirkadian, yang mensasarkan kesihatan manusia. Pencahayaan mempunyai kesan mendalam terhadap tidur, kewaspadaan, kecekapan kerja, dan kesihatan. Sistem pencahayaan LED putih boleh laras boleh digunakan untuk penyelenggaraan irama sirkadian yang betul, membolehkan jumlah cahaya putih dan cahaya hangat yang diperlukan, yang meningkatkan kesihatan dalam keadaan dalaman.

Spesifikasi Sistem Utama

PARAMETER MIN TIPIKAL MAKSIMUM UNIT
Input voltage 35 - 42 V
Arus Output (LED) 0 - 700 mA
Switching frequency - 600 - kHz
Frekuensi pendim PWM 200 - 5000 Hz
Voltan ke hadapan LED hangat 34 37 40 V
Voltan ke hadapan LED Sejuk 35 38 41 V
Suhu operasi -30 - 100 °C

Gambar Rajah Blok Sistem

Seni bina sistem dibina di sekitar Kit Papan Pelancar MCU Mudah Alih SimpleLink CC2650, yang mengawal dua pemacu LED penurun TPS92513HV untuk rentetan LED hangat dan sejuk. Reka bentuk merangkumi:

  • CC2650 Wireless MCU: Menjana isyarat PWM untuk kawalan pendim dan mengurus sambungan Bluetooth
  • TPS92513HV Buck LED Drivers: Dua pemandu bebas untuk rentetan LED suam dan sejuk dengan pelarasan arus analog bersepadu
  • OPA376 Op-Amps: Penimbal isyarat PWM tertapis untuk kawalan pudaran analog
  • OPT3001 Ambient Light Sensor: Membolehkan penuaian cahaya siang dan output lumen malar
  • LMT84 Temperature Sensor: Memantau suhu heatsink untuk perlindungan terma
  • RC Low-Pass Filters: Tukar isyarat PWM kepada voltan analog untuk penetapan rujukan arus

Nota Reka Bentuk: Sistem menerima input DC 35-42V dan memacu COB LED putih boleh laras 35W dengan string LED hangat dan sejuk berasingan, membolehkan penalaan suhu warna dari 2500K hingga 5700K.

Komponen Yang Ditonjolkan

TPS92513HV

1.5-A pengatur arus step-down (buck) dengan MOSFET terintegrasi untuk menggerakkan LED arus tinggi.

  • Julat voltan input 4.5-60V
  • Ketepatan arus LED ±5%
  • Frekuensi pensuisan 100kHz hingga 2MHz
  • Input pendim PWM khas
  • MOSFET bahagian tinggi bersepadu 220-mΩ

CC2650

Wireless MCU targeting Bluetooth Smart, ZigBee, and 6LoWPAN applications.

  • 32-bit ARM Cortex-M3 processor at 48MHz
  • Pengawal sensor kuasa ultra-rendah
  • Pengawal BLE terbenam dalam ROM
  • 128KB Flash, 20KB SRAM
  • Set persisian yang lengkap termasuk I²C, UART, SPI

OPT3001

Sensor cahaya ambien dengan penapisan optik tepat untuk menyesuaikan tindak balas mata manusia.

  • Rejects >99% of IR
  • Julat pengukuran 0.01 lux hingga 83k lux
  • Julat dinamik berkesan 23-bit
  • Arus operasi rendah: 1.8µA
  • Output digital serasi I²C

OPA376

Penguat operasi rendah bising dengan e-trim, menawarkan ketepatan DC dan prestasi AC yang luar biasa.

  • Bunyi bising rendah: 7.5 nV/√Hz pada 1 kHz
  • Voltan ofset rendah: 5µV tipikal
  • Hasil darab lebar jalur gandaan 5.5 MHz
  • Input dan output rail-to-rail
  • Voltan bekalan 2.2V hingga 5.5V

LMT84

Penderia suhu Precision CMOS dengan voltan keluaran analog berkadar songsang dengan suhu.

  • Ketepatan tipikal ±0.4°C
  • Julat suhu -50°C hingga 150°C
  • Arus rehat rendah 5.4-µA
  • Purata gandaan penderia -5.5 mV/°C
  • Operasi voltan rendah 1.5-V

Teori Reka Bentuk Sistem

LED memerlukan pemacu arus malar dan cahaya putih boleh ditala memerlukan arus dalam dua rentetan LED berasingan untuk diubah dan dikawal. Luminaire LED putih boleh ditala memerlukan bekalan kuasa voltan malar AC-DC digabungkan dengan dua pengawal arus susut DC-DC untuk mengubah arus melalui rentetan LED.

Platform TIDA-01096 menggunakan dua pengemudi LED buck TPS92513HV dengan pelarasan arus analog bersepadu untuk mengawal arus melalui rentetan LED hangat dan sejuk. Pengemudi LED TPS92513/HV mempunyai input berasingan untuk pemudaran analog dan modulasi lebar denyut (PWM) bagi kawalan kecerahan tanpa kompromi untuk mencapai nisbah kontras melebihi 100:1.

Pengemudi LED buck dikawal oleh kit SimpleLink CC2650 Wireless MCU LaunchPad, yang menjana dua PWM untuk pemudaran PWM kedua-dua rentetan. Pencapaian pemudaran analog memerlukan dua input analog boleh ubah untuk menetapkan IADJ pengemudi LED buck. IADJ boleh ubah diperoleh menggunakan PWM daripada peranti CC2650 sebagai penukar digital-ke-analog (DAC). Untuk proses ini, PWM yang dijana dari peranti CC2650 ditapis oleh penapis RC laluan rendah empat peringkat dan output yang ditapis diimbangkan menggunakan penguat op OPA376.

Persamaan Reka Bentuk

Reka bentuk merangkumi pengiraan komprehensif untuk:

  • Tetapan Sekatan Bawah Voltan: R1=120kΩ dan R6=5kΩ menetapkan UVLO pada 30.5V
  • Frekuensi Pensuisan: RRT=190.63kΩ menetapkan fSW=600kHz
  • Penetapan Arus LED: RISENSE=0.05Ω untuk arus LED maksimum 700mA
  • Penapis Peredupan Analog: Penapis RC empat tingkat dengan frekuensi potong 391Hz
  • Pemilihan Induktor: Dikira untuk arus riak 275mA pada beban penuh
  • Kapasitor Output: 4.7μF dipilih untuk mencapai arus riak LED 5mA

Teknik Pendimotan

Reka bentuk melaksanakan tiga kaedah peredupan berbeza untuk memberikan fleksibiliti dan mengoptimumkan prestasi untuk keadaan operasi yang berbeza:

Analog Dimming

Menggunakan pin IADJ untuk menetapkan arus LED secara dinamis. Lebih efisien dengan EMI yang lebih rendah tetapi dapat menyebabkan variasi suhu warna pada arus yang sangat rendah.

  • Menggunakan PWM yang disaring melalui filter RC 4-tahap
  • Menyediakan resolusi 12-bit
  • Kecekapan lebih tinggi: sehingga 98%
  • Nisbah kontras 1:25

Pemudaran PWM

Menggunakan pin PDIM untuk membolehkan/mematikan pemacu get. Mengelakkan isu suhu warna pada arus rendah dan memberikan resolusi lebih tinggi.

  • Julat frekuensi 200Hz hingga 5kHz
  • Kawalan langsung pemacu gerbang
  • Lineariti pendimaran lebih baik pada arus rendah
  • Nisbah kontras 1:50

Hybrid Dimming

Menggabungkan kedua kaedah - analog untuk kecekapan dan PWM untuk pelarasan halus serta resolusi lebih baik pada arus rendah.

  • Mengoptimumkan kecekapan dan resolusi
  • Analog untuk julat pendimbulan utama
  • PWM untuk pelarasan halus pada arus rendah
  • Gabungan terbaik kedua-dua teknik

Operasi Bebas Kelipan: Reka bentuk ini mampu mencapai operasi bebas kelipan sehingga arus output 6mA dengan mengubah resistor pengesan arus daripada 50mΩ kepada 250mΩ, membolehkan pencahayaan berkualiti tinggi walaupun pada tahap kecerahan yang sangat rendah.

Test Data & Performance

Ujian komprehensif menunjukkan prestasi cemerlang reka bentuk merentasi pelbagai keadaan operasi:

Prestasi Kecekapan

  • Analog Dimming: 98.15% peak efficiency at full load, maintaining >95% efficiency down to 20% load
  • PWM Dimming (1kHz): Kecekapan 97.39% pada kitaran tugas 100%, menurun secara beransur-ansur kepada 84.88% pada kitaran tugas 3%
  • Pemudiman PWM (5kHz): 97.82% efficiency at 100% duty cycle, maintaining >90% efficiency down to 5% duty cycle
  • Variasi Voltan Input: Kecekapan kekal melebihi 97% merentasi julat input 35V hingga 48V

Prestasi Putih Boleh Ditala

Sistem ini mengekalkan penalaan suhu warna dengan cekap merentasi pelbagai tahap kecerahan:

  • 100% Kecerahan: Kecekapan sistem berada dalam julat 97.27% (cool white) hingga 98.15% (warm white)
  • 75% Kecerahan: Kecekapan berjulat dari 97.24% hingga 98.01% merentasi suhu warna
  • Kecerahan 50%: Kecekapan berjulat dari 97.18% hingga 98.31% merentasi julat pelarasan

Prestasi Penderia

  • OPT3001 Ambient Light Sensor: Memberikan ukuran lux yang tepat dari 2.57 lux hingga 12,902 lux
  • LMT84 Temperature Sensor: Memantau suhu heatsink dari 36.21°C hingga 61.60°C di bawah pelbagai keadaan beban

Design Files & Resources

Pakej reka bentuk lengkap merangkumi semua fail yang diperlukan untuk pelaksanaan:

  • Skematik: Gambar rajah litar lengkap untuk sistem pemacu LED
  • Senarai Bilangan Bahan: Senarai bahagian komprehensif dengan rujukan pengilang
  • Tata letak PCB: Fail Gerber dan cadangan susun atur
  • Projek Altium: Fail projek reka bentuk lengkap
  • Lukisan Pemasangan: Arahan pemasangan terperinci
  • Fail Perisian: Firmware untuk MCU CC2650 dengan sambungan BLE

Bidang Aplikasi: Reka bentuk rujukan ini sesuai untuk pencahayaan LED dalaman (kediaman, runcit, hospitaliti, pencahayaan aksen), sistem pencahayaan bersambung wayarles, dan aplikasi pencahayaan LED DC voltan rendah yang memerlukan kawalan suhu warna tepat dan sambungan wayarles.

Nota: Perkara di atas merupakan ringkasan komprehensif bagi reka bentuk rujukan. Dokumen PDF lengkap mengandungi skema terperinci, garis panduan susun atur, butiran pelaksanaan firmware dan data ujian yang meluas. Kami mengesyorkan muat turun PDF penuh untuk butiran pelaksanaan yang lengkap.