Tasarım Genel Bakış
TIDA-01096 TI Tasarımı, ayarlanabilir beyaz LED armatürler için test edilmiş bir DC-DC LED sürücü alt sistemidir. Tasarım, herhangi bir Bluetooth düşük enerji (BLE) cihazı kullanılarak yoğunluk ayarı (karartma) ve ilişkili renk sıcaklığı (CCT) kontrolü sağlayabilen kablosuz bir yonga üzerinde sistem (SoC) platformu üzerine inşa edilmiştir.
Temel Yenilik: Ayarlanabilir beyaz aydınlatma armatürleri gün ışığı koşullarını taklit eder. Ayrı sıcak beyaz ve soğuk beyaz LED dizileriyle tasarım, CCT ayarlamaya olanak tanır ve insan sağlığı uygulamalarında uygun sirkadiyen uyarımın elde edilmesine yardımcı olur.
Temel Performans Özellikleri
Key Features & Benefits
Yüksek Verimli Çalışma
Analog karartmada %100 ila %50 parlaklık aralığında %98 verimlilik sağlayarak LED aydınlatma sistemlerinde enerji tüketimini ve ısı üretimini azaltır.
Gelişmiş Karartma Yetenekleri
Analog dimmede 1:25 kontrast oranı ve PWM dimmede 1:50 kontrast oranı ile çeşitli aydınlatma senaryoları için hassas parlaklık kontrolü sağlanır.
Kablosuz Bluetooth Kontrolü
Bluetooth Smart bağlantısı, akıllı telefonlar veya diğer BLE cihazları kullanılarak yoğunluk ve renk sıcaklığının kablosuz kontrolüne olanak tanır.
Ortam Işığı Algılama
OPT3001 tabanlı ışık ölçümü, yazılımda enerji verimliliği için gün ışığından yararlanma ve sabit lümen uygulamalarını mümkün kılar.
Kapsamlı Koruma
Sürücü ve LED modülü için aşırı akım ve aşırı sıcaklık koruması, güvenilir çalışma ve uzatılmış kullanım ömrü sağlar.
Sirkadiyen Aydınlatma Desteği
Ayarlanabilir beyaz özelliği, gün boyunca doğal gündüz ışığı koşullarını simüle ederek insan sağlığı uygulamalarını destekler.
Ayrıntılı İçerik Özeti
Belge İçeriği
Sistem Genel Bakışı
Işık yayan diyotlar (LED'ler) giderek daha fazla ışık kaynağı olarak kullanılıyor. Bu metin yazıldığı sırada, aydınlatma odak noktası sabit ışık çıkışıyla alanları aydınlatmaktan kaliteli ve kontrollü ışık çıkışı sağlamaya doğru kaymaktadır. Ayarlanabilir yoğunluk ve ayarlanabilir renk sıcaklığına sahip yüksek kaliteli aydınlatma, mimariyi ve insan refahını geliştirmede kilit rol oynar.
Beyaz ışığın renk sıcaklığını değiştirmek için tasarımcı, sıcak LED'ler (yaklaşık 2500 K renk sıcaklığı) ve soğuk LED'ler (yaklaşık 5700 K renk sıcaklığı) kombinasyonunu uygulayabilir. Ayarlanabilir beyaz chip-on-board (COB) LED'ler iki ayrı string ile mevcuttur. Tasarımcı, string'lerden geçen akımı değiştirerek 2500 K'dan 5700 K'ya kadar değişen renk sıcaklıkları oluşturabilir.
Sürücülerle birlikte ayarlanabilir beyaz LED motoru, insan refahını hedefleyen sirkadyen aydınlatma için bir platform olarak kullanılabilir. Aydınlatmanın uyku, zindelik, iş verimi ve sağlık üzerinde derin bir etkisi vardır. Ayarlanabilir bir beyaz LED aydınlatma sistemi, sirkadyen ritmin uygun şekilde korunması, gerekli miktarda beyaz ışık ve sıcak ışığın sağlanması için kullanılabilir; bu da kapalı mekan koşullarında refahı artırır.
Ana Sistem Özellikleri
| PARAMETRELER | MIN | TİP | MAKS | BİRİM |
|---|---|---|---|---|
| Giriş voltajı | 35 | - | 42 | V |
| Çıkış (LED) akımı | 0 | - | 700 | mA |
| Anahtarlama frekansı | - | 600 | - | kHz |
| PWM karartma frekansı | 200 | - | 5000 | Hz |
| Sıcak LED ileri voltajı | 34 | 37 | 40 | V |
| Soğuk LED ileri voltajı | 35 | 38 | 41 | V |
| Çalışma sıcaklığı | -30 | - | 100 | °C |
Sistem Blok Şeması
Sistem mimarisi, sıcak ve soğuk LED dizileri için iki TPS92513HV buck LED sürücüsünü kontrol eden SimpleLink CC2650 Wireless MCU LaunchPad Kit etrafında inşa edilmiştir. Tasarım şunları içerir:
- CC2650 Wireless MCU: Karartma kontrolü için PWM sinyalleri üretir ve Bluetooth bağlantısını yönetir
- TPS92513HV Buck LED Sürücüleri: Entegre analog akım ayarı ile sıcak ve soğuk LED dizileri için iki bağımsız sürücü
- OPA376 Op-Ampleri: Filtrelenmiş PWM sinyallerini analog karartma kontrolü için tamponlar
- OPT3001 Ortam Işık Sensörü: Gün ışığından yararlanma ve sabit lümen çıkışı sağlar
- LMT84 Sıcaklık Sensörü: Isıl koruma için soğutucu sıcaklığını izler
- RC Alçak Geçiren Filtreler: PWM sinyallerini akım referans ayarı için analog gerilimlere dönüştürün
Tasarım Notu: Sistem 35-42V DC giriş kabul eder ve ayrı sıcak ve soğuk LED dizileri bulunan 35W ayarlanabilir beyaz LED COB'u sürerek 2500K'dan 5700K'ya renk sıcaklığı ayarlamasına olanak tanır.
Vurgulanan Bileşenler
TPS92513HV
Yüksek akımlı LED'leri sürmek için entegre MOSFET'li 1.5-A step-down (buck) akım regülatörü.
- 4.5-60V giriş voltajı aralığı
- ±%5 LED akım hassasiyeti
- 100kHz - 2MHz anahtarlama frekansı
- Özel PWM karartma girişi
- Entegre 220-mΩ yüksek taraf MOSFET
CC2650
Bluetooth Smart, ZigBee ve 6LoWPAN uygulamaları için tasarlanmış Kablosuz MCU.
- 48MHz'de 32-bit ARM Cortex-M3 işlemci
- Ultra düşük güç tüketimli sensör denetleyicisi
- ROM'a gömülü BLE denetleyicisi
- 128KB Flash, 20KB SRAM
- I²C, UART, SPI dahil olmak üzere zengin çevre birimi seti
OPT3001
İnsan gözü tepkisini eşleştirmek için hassas optik filtrelemeye sahip ortam ışığı sensörü.
- Rejects >99% of IR
- 0.01 lüks ila 83k lüks ölçüm aralığı
- 23-bit efektif dinamik aralık
- Düşük çalışma akımı: 1.8µA
- I²C uyumlu dijital çıkış
OPA376
E-trim teknolojili düşük gürültülü işlemsel yükselteç, üstün DC hassasiyeti ve AC performansı sunar.
- Düşük gürültü: 1 kHz'de 7.5 nV/√Hz
- Düşük ofset voltajı: Tipik 5µV
- 5.5 MHz kazanç bant genişliği çarpımı
- Raydan-raya giriş ve çıkış
- 2.2V ila 5.5V besleme gerilimi
LMT84
Sıcaklıkla ters orantılı analog çıkış gerilimine sahip hassas CMOS sıcaklık sensörü.
- ±0.4°C tipik doğruluk
- -50°C ila 150°C sıcaklık aralığı
- Düşük 5.4-µA bekleme akımı
- -5.5 mV/°C ortalama sensör kazancı
- Düşük 1.5-V çalışma gerilimi
Sistem Tasarım Teorisi
LED'ler sabit akım sürücü gerektirir ve ayarlanabilir beyaz ışık, iki ayrı LED dizisindeki akımın değiştirilmesini ve kontrol edilmesini gerektirir. Ayarlanabilir beyaz LED armatür, LED dizilerinden geçen akımı değiştirmek için bir AC-DC sabit voltajlı güç kaynağı ile iki DC-DC buck akım kontrolörünün kombinasyonunu gerektirir.
TIDA-01096 platformu, sıcak ve soğuk LED dizilerinden geçen akımı kontrol etmek için entegre analog akım ayarlamalı iki TPS92513HV buck LED sürücüsü kullanır. TPS92513/HV LED sürücüleri, 100:1'den büyük kontrast oranları elde etmek için ödünsüz parlaklık kontrolü için analog ve darbe genişlik modülasyonu (PWM) karartmaya ayrı girişlere sahiptir.
Buck LED sürücüleri, her iki dizi için PWM karartma için iki PWM üreten SimpleLink CC2650 Wireless MCU LaunchPad kiti tarafından kontrol edilir. Analog karartma elde etmek, buck LED sürücülerinin IADJ'sini ayarlamak için iki değişken analog giriş gerektirir. Değişken IADJ, CC2650 cihazından gelen PWM'nin dijital-analog dönüştürücü (DAC) olarak kullanılmasıyla türetilir. Bu işlem için CC2650 cihazı tarafından üretilen PWM, dört aşamalı bir alçak geçiren RC filtresi tarafından filtrelenir ve filtrelenmiş çıkış, op amp OPA376 kullanılarak tamponlanır.
Tasarım Denklemleri
Tasarım, aşağıdakiler için kapsamlı hesaplamalar içerir:
- Düşük Gerilim Kilidi Ayarı: R1=120kΩ ve R6=5kΩ, UVLO'yu 30.5V'de ayarlar
- Anahtarlama Frekansı: RRT=190.63kΩ, fSW=600kHz değerini ayarlar
- LED Akım Ayarı: Maksimum 700mA LED akımı için RISENSE=0.05Ω
- Analog Karartma Filtresi: Kesim frekansı 391Hz olan dört kademeli RC filtre
- Endüktör Seçimi: Tam yükte 275mA dalgalı akım için hesaplanmıştır
- Çıkış Kondansatörü: 5mA LED dalgalanma akımı elde etmek için 4.7μF seçildi
Karartma Teknikleri
Tasarım, farklı çalışma koşulları için esneklik sağlamak ve performansı optimize etmek amacıyla üç farklı dimleme yöntemi uygular:
Analog Dimming
IADJ pini kullanarak LED akımını dinamik olarak ayarlama. Çok düşük akımlarda renk sıcaklığı değişimine neden olabilir ancak daha verimli ve daha az EMI'ye sahip.
- 4 aşamalı RC filtreden geçirilmiş PWM kullanır
- 12 bit çözünürlük sağlar
- Daha yüksek verimlilik: %98'e kadar
- 1:25 kontrast oranı
PWM Karartma
Kapı sürücüsünü etkinleştirmek/devre dışı bırakmak için PDIM pini kullanılır. Düşük akımlarda renk sıcaklığı sorunlarını önler ve daha yüksek çözünürlük sağlar.
- 200Hz ila 5kHz frekans aralığı
- Kapı sürücüsünün doğrudan kontrolü
- Düşük akımlarda daha iyi karartma doğrusallığı
- 1:50 kontrast oranı
Hybrid Dimming
Her iki yöntemi birleştirir - verimlilik için analog, düşük akımlarda ince ayar ve daha iyi çözünürlük için PWM.
- Verimlilik ve çözünürlüğü optimize eder
- Ana anahtarlama aralığı için analog
- Düşük akımlarda ince ayar için PWM
- Her iki tekniğin en iyisi
Titreşimsiz Çalışma: Akım algılama direncini 50mΩ'dan 250mΩ'a değiştirerek tasarım, 6mA çıkış akımına kadar titreşimsiz çalışma sağlayarak çok düşük parlaklık seviyelerinde bile yüksek kaliteli aydınlatma imkanı sunar.
Test Data & Performance
Kapsamlı testler, tasarımın çeşitli çalışma koşullarında mükemmel performans sergilediğini göstermektedir:
Verimlilik Performansı
- Analog Dimming: 98.15% peak efficiency at full load, maintaining >95% efficiency down to 20% load
- PWM Dimming (1kHz): %100 görev döngüsünde %97,39 verimlilik, %3 görev döngüsüne doğru kademeli olarak %84,88'e düşer
- PWM Karartma (5kHz): 97.82% efficiency at 100% duty cycle, maintaining >90% efficiency down to 5% duty cycle
- Giriş Voltajı Değişimi: Verimlilik, 35V ila 48V giriş aralığında %97'nin üzerinde kalır
Tunable White Performance
Sistem, farklı parlaklık seviyelerinde renk sıcaklığı ayarlamasını verimli şekilde korur:
- %100 Parlaklık: Sistem verimliliği %97.27 (soğuk beyaz) ile %98.15 (sıcak beyaz) arasında değişmektedir
- %75 Parlaklık: Verim, renk sıcaklıkları arasında %97.24 ile %98.01 arasında değişmektedir
- %50 Parlaklık: Verim, ayar aralığı boyunca %97.18 ile %98.31 arasında değişmektedir
Sensör Performansı
- OPT3001 Ortam Işık Sensörü: 2,57 lüks ile 12.902 lüks arasında doğru lüks ölçümleri sağlar
- LMT84 Sıcaklık Sensörü: Çeşitli yük koşullarında soğutucu sıcaklığını 36,21°C ile 61,60°C arasında izler
Design Files & Resources
Eksiksiz tasarım paketi, uygulama için gerekli tüm dosyaları içerir:
- Şemalar: LED sürücü sistemi için tam devre şemaları
- Malzeme Listesi: Üretici referansları içeren kapsamlı parça listesi
- PCB Yerleşimi: Gerber dosyaları ve yerleşim önerileri
- Altium Projesi: Tam tasarım proje dosyaları
- Montaj Çizimleri: Detaylı montaj talimatları
- Yazılım Dosyaları: BLE bağlantılı CC2650 MCU için Firmware
Uygulama Alanları: Bu referans tasarım; hassaz renk sıcaklığı kontrolü ve kablosuz bağlantı gerektiren kapalı alan LED aydınlatma (konut, perakende, konaklama, dekoratif aydınlatma), kablosuz bağlantılı aydınlatma sistemleri ve düşük voltajlı DC LED aydınlatma uygulamaları için idealdir.
Not: Yukarıdaki içerik, referans tasarımının kapsamlı bir özetidir. Tam PDF belgesi ayrıntılı şemalar, yerleşim kılavuzları, firmware uygulama detayları ve kapsamlı test verileri içermektedir. Eksiksiz uygulama detayları için tam PDF belgesini indirmenizi öneririz.