设计概述
TIDA-01096 TI 设计是一款经过测试的DC-DC LED驱动器子系统，适用于可调光白色LED灯具。该设计基于无线系统级芯片(SoC)平台，可通过任何蓝牙低功耗(BLE)设备实现亮度调节（调光）和相关色温(CCT)控制。
核心创新点： 可调白光灯具模拟日光条件。通过独立暖白与冷白LED灯串设计，实现相关色温调节，有助于在健康照明应用中达成恰当的人体昼夜节律刺激。
关键性能规格
Key Features & Benefits
高效能运行
在模拟调光条件下，亮度从100%至50%范围内保持98%能效，有效降低LED照明系统的能耗与发热量
先进调光功能
模拟调光对比度1:25，PWM调光对比度1:50，为多种照明场景提供精确的亮度控制。
无线蓝牙控制
Bluetooth Smart 连接支持通过智能手机或其他BLE设备无线调节亮度和色温。
环境光感应
基于 OPT3001 的光照测量技术，可通过软件实现日光采集与恒定流明调控，提升能效。
全面保护
驱动器和LED模块的过流及过温保护可确保可靠运行并延长使用寿命
昼夜节律照明支持
可调白光功能通过模拟全天自然光照条件，支持人体健康应用。
详细内容概览
系统概述
发光二极管（LED）正日益被用作光源。在撰写本文时，照明设计的重点正在从单纯以恒定光通量照亮区域，转向提供优质可控的光输出。具有可调光强与可调色温的高品质照明，对提升建筑美学和人类健康福祉起着关键作用。
要调节白光的色温，设计师可采用暖色LED（色温约2500 K）与冷色LED（色温约5700 K）的组合。可调色温的板上芯片（COB）白光LED配备两条独立灯串，通过改变流经灯串的电流，设计师可实现2500 K至5700 K的色温调节范围。
搭载驱动器的可调白光LED引擎可作为节律照明平台，以促进人体健康。光照对睡眠、警觉性、工作效率及健康具有深远影响。可调白光LED照明系统能有效维持昼夜节律，通过提供适宜强度的白光与暖光改善室内环境中的健康状态。
关键系统规格
| PARAMETERS | MIN | 典型值 | 最大值 | 单位 |
|---|---|---|---|---|
| 输入电压 | 35 | - | 42 | V |
| 输出（LED）电流 | 0 | - | 700 | 毫安 |
| 开关频率 | - | 600 | - | kHz |
| PWM调光频率 | 200 | - | 5000 | 赫兹 |
| 暖白光LED正向电压 | 34 | 37 | 40 | V |
| 冷态LED正向电压 | 35 | 38 | 41 | V |
| 工作温度 | -30 | - | 100 | °C |
系统框图
系统架构围绕SimpleLink CC2650无线微控制器LaunchPad套件构建，该套件控制两个分别用于暖光和冷光LED灯串的TPS92513HV降压LED驱动器。设计包含：
- CC2650无线微控制器： 生成用于调光控制的PWM信号并管理蓝牙连接
- TPS92513HV降压型LED驱动器： 两个独立驱动器分别用于暖光和冷光LED灯串，集成模拟电流调节功能
- OPA376运算放大器： 缓冲经过滤波的 PWM 信号以实现模拟调光控制
- OPT3001 环境光传感器： 支持日光采集和恒定流明输出功能
- LMT84 温度传感器： 监测散热片温度以实现热保护
- RC 低通滤波器： 将PWM信号转换为模拟电压以设定电流基准
设计说明： 该系统接受35-42V直流输入，驱动35W可调光LED COB模块，通过独立暖白光与冷白光LED灯串实现2500K至5700K的色温调节
重点组件
TPS92513HV
用于驱动大电流LED的1.5安培降压型电流调节器，集成MOSFET
- 4.5-60V输入电压范围
- ±5% LED电流精度
- 100kHz至2MHz开关频率
- 专用PWM调光输入
- 集成220mΩ高边MOSFET
CC2650
面向蓝牙智能、ZigBee和6LoWPAN应用的无线微控制器
- 48MHz 32位ARM Cortex-M3处理器
- 超低功耗传感器控制器
- 嵌入ROM的BLE控制器
- 128KB闪存，20KB静态随机存取存储器
- 丰富外设集成I²C、UART、SPI接口
OPT3001
具备精密光学滤波功能的环境光传感器，其响应特性与人眼感知相匹配。
- Rejects >99% of IR
- 0.01 lux 至 83k lux 测量范围
- 23位有效动态范围
- 低工作电流：1.8µA
- I²C兼容数字输出
OPA376
采用电子微调(e-trim)技术的低噪声运算放大器，提供卓越的直流精度与交流性能。
- 低噪声：1 kHz频率下仅为7.5 nV/√Hz
- 低失调电压：典型值5µV
- 5.5 MHz增益带宽积
- 轨到轨输入和输出
- 2.2V至5.5V电源电压
LMT84
精密CMOS温度传感器，其模拟输出电压与温度成反比
- 典型精度±0.4°C
- 温度范围-50°C至150°C
- 5.4微安低静态电流
- -5.5毫伏/摄氏度平均传感器增益
- 1.5伏低工作电压
系统设计原理
LED需要恒流驱动，可调白光则要求对两条独立LED灯串的电流进行调节与控制。可调白光LED灯具需要采用AC-DC恒压电源结合两个DC-DC降压电流控制器，以调节通过LED灯串的电流。
TIDA-01096 平台采用两个 TPS92513HV 降压型 LED 驱动器，其集成模拟电流调节功能可分别控制暖色与冷色 LED 灯串的电流。TPS92513/HV LED 驱动器配备独立的模拟调光和脉宽调制 (PWM) 调光输入接口，可在保证亮度控制精度的前提下实现超过 100:1 的对比度。
降压型 LED 驱动器由 SimpleLink CC2650 无线微控制器 LaunchPad 套件控制，该套件生成两路 PWM 信号用于双灯串的脉宽调光。实现模拟调光需通过两个可变模拟输入设置降压 LED 驱动器的 IADJ 引脚。可变 IADJ 信号源自 CC2650 器件的 PWM 输出经数模转换器 (DAC) 处理生成：CC2650 产生的 PWM 信号经过四级低通 RC 滤波器滤波，并由运算放大器 OPA376 对滤波后输出进行缓冲。
Design Equations
本设计包含以下内容的综合计算：
- 欠压锁定设置： R1=120kΩ 和 R6=5kΩ 将欠压锁定阈值设为 30.5V
- 开关频率： RRT=190.63kΩ 设定开关频率为 600kHz
- LED 电流设置： RISENSE=0.05Ω对应最大700mA LED电流
- 模拟调光滤波器： 截止频率为391Hz的四阶RC滤波器
- 电感选型： 按满载时275mA纹波电流计算
- 输出电容： 选择4.7μF电容以实现5mA LED纹波电流
调光技术
该设计采用三种不同的调光方法，以增强灵活性并优化不同工作条件下的性能：
模拟调光
使用IADJ引脚动态设置LED电流。效率更高且电磁干扰更少，但在极低电流下可能导致色温偏差。
- 采用经四级RC滤波器滤波的PWM信号
- 提供12位分辨率
- 更高效率：最高可达98%
- 1:25 对比度
PWM 调光
使用 PDIM 引脚启用/禁用栅极驱动器。避免低电流下的色温问题并提供更高分辨率。
- 200Hz至5kHz频率范围
- 栅极驱动器直接控制
- 低电流下更优的调光线性度
- 1:50对比度
Hybrid Dimming
结合两种方法——模拟调光提高效率，PWM调光实现微调并在低电流下提供更优分辨率
- 优化效率与分辨率
- 主调光范围模拟控制
- 低电流精密调节PWM控制
- 双重技术优势融合
无闪烁运行： 通过将电流检测电阻从50mΩ修改为250mΩ，该设计可实现低至6mA输出电流的无闪烁运行，从而在极低亮度水平下也能实现高质量照明。
Test Data & Performance
全面测试表明该设计在各种工况下均表现出卓越性能：
效率性能
- 模拟调光： 98.15% peak efficiency at full load, maintaining >95% efficiency down to 20% load
- PWM调光（1kHz）： 在100%占空比时效率为97.39%，随着占空比降至3%逐渐下降至84.88%
- PWM调光（5kHz）： 97.82% efficiency at 100% duty cycle, maintaining >90% efficiency down to 5% duty cycle
- 输入电压变化： 在35V至48V输入电压范围内，效率始终保持在97%以上
Tunable White Performance
该系统能在不同亮度级别下有效维持色温调节功能：
- 100%亮度： 系统效率范围从97.27%（冷白光）至98.15%（暖白光）
- 75%亮度： 不同色温下的效率范围为97.24%至98.01%
- 50%亮度： 可调范围内的效率范围为97.18%至98.31%
传感器性能
- OPT3001 环境光传感器： 可在2.57勒克斯至12,902勒克斯范围内提供精确照度测量
- LMT84 温度传感器： 在各种负载条件下监测散热片温度，范围从36.21°C至61.60°C
Design Files & Resources
完整设计包包含实施所需的所有必要文件：
- 原理图： LED驱动系统的完整电路图
- 物料清单： 含制造商参考信息的完整零件清单
- PCB布局： Gerber文件与布局建议
- Altium项目： 完整设计项目文件
- 装配图： 详细装配说明
- 软件文件： 适用于具备BLE连接功能的CC2650微控制器固件
应用领域： 本参考设计非常适用于室内LED照明（住宅、零售、酒店、装饰照明）、无线互联照明系统，以及需要精确色温控制和无线连接功能的低压直流LED照明应用。
注： 以上为参考设计的完整摘要。完整的PDF文档包含详细原理图、布局指南、固件实现细节及大量测试数据。建议下载完整PDF文档获取全部实现细节。