設計概覽
TIDA-01096 TI Design 係一個經過測試、適用於可調光白色LED照明裝置嘅DC-DC LED驅動子系統。本設計基於無線系統單晶片（SoC）平台，可透過任何藍牙低功耗（BLE）裝置實現亮度調節（調光）與相關色溫（CCT）控制。
關鍵創新： 可調白光燈具模擬日光環境。透過獨立暖白光與冷白光LED燈串設計，實現色溫調節功能，有助於人體健康應用中達成恰當的晝夜節律刺激。
關鍵性能規格
Key Features & Benefits
高效能運作
在模擬調光下，亮度由100%至50%時仍保持98%效能，有效降低LED照明系統的能耗與熱力產生
先進調光功能
模擬調光對比度為1:25，PWM調光對比度為1:50，為不同照明場景提供精準亮度控制。
無線藍牙控制
Bluetooth Smart 連接技術可透過智能手機或其他BLE裝置實現強度與色溫的無線控制。
環境光線感應
基於OPT3001的光線測量技術，透過軟件實現日光採集與恆定流明輸出以提升能源效益。
全面保護
驅動器與LED模組的過流及過熱保護可確保可靠運作並延長使用壽命
Circadian Lighting Support
可調白光功能透過模擬全日自然日光條件，支援人體健康應用
詳細內容概覽
系統概覽
發光二極管（LEDs）正逐漸被廣泛採用作為光源。截至本文撰寫時，照明技術的焦點正從單純以恆定光通量照亮區域，轉向提供可調控的高質素光源。具備可調光暗與可調色溫功能的高質素照明系統，對於提升建築美學與人類健康發揮著關鍵作用。
要調節白光嘅色溫，設計師可以混合使用暖色LED（色溫約2500 K）同冷色LED（色溫約5700 K）。可調式白光芯片封裝（COB）LED設有兩組獨立電路，透過改變流經電路嘅電流，設計師即可創造出2500 K至5700 K嘅色溫範圍。
配備驅動器嘅可調白光LED引擎可用作針對人體健康嘅晝夜節律照明平台。照明對睡眠、警覺性、工作效率同健康有深遠影響。可調白光LED照明系統能妥善維持晝夜節律，提供適量白光與暖光，從而改善室內環境中嘅健康狀態。
主要系統規格
| PARAMETERS | MIN | 典型 | 最大 | 單位 |
|---|---|---|---|---|
| 輸入電壓 | 35 | - | 42 | V |
| 輸出（LED）電流 | 0 | - | 700 | 毫安 |
| 开关频率 | - | 600 | - | kHz |
| PWM 調光頻率 | 200 | - | 5000 | Hz |
| 暖色LED正向电压 | 34 | 37 | 40 | V |
| 冷態LED正向電壓 | 35 | 38 | 41 | V |
| 操作温度 | -30 | - | 100 | °C |
系統方塊圖
系統架構圍繞SimpleLink CC2650 Wireless MCU LaunchPad Kit構建，該套件控制兩個用於暖色與冷色LED燈串的TPS92513HV降壓LED驅動器。設計包含：
- CC2650 Wireless MCU： 產生用於調光控制的PWM信號並管理藍牙連接
- TPS92513HV 降壓型LED驅動器： 兩個獨立驅動器分別用於暖白光與冷白光LED燈串，具備集成式模擬電流調節功能
- OPA376 運算放大器： 緩衝經濾波嘅PWM訊號用於模擬調光控制
- OPT3001 環境光感測器： 實現日光利用同恆定流明輸出
- LMT84 溫度感測器： 監測散熱片溫度以實現熱保護
- RC 低通濾波器： 將PWM信號轉換為模擬電壓以設定電流參考
設計筆記： 系統接受35-42V直流輸入，驅動35W可調光白色LED COB，配備獨立暖光與冷光LED串流，實現2500K至5700K色溫調節
重點組件
TPS92513HV
1.5-A 降壓式 (buck) 電流調節器，內置 MOSFET，適用於驅動高電流 LED
- 4.5-60V 輸入電壓範圍
- ±5% LED 電流精確度
- 100kHz 至 2MHz 切換頻率
- 專用 PWM 調光輸入
- 集成 220-mΩ 高邊 MOSFET
CC2650
針對 Bluetooth Smart、ZigBee 及 6LoWPAN 應用的無線微控制器
- 32-bit ARM Cortex-M3 處理器，運行頻率 48MHz
- 超低功耗感測器控制器
- ROM 內嵌 BLE 控制器
- 128KB Flash, 20KB SRAM
- 豐富周邊設備組合包括 I²C、UART、SPI
OPT3001
配備精密光學濾波功能嘅環境光感測器，能夠模擬人眼反應。
- Rejects >99% of IR
- 0.01 lux 至 83k lux 量度範圍
- 23-bit 有效動態範圍
- 低操作電流：1.8µA
- I²C 兼容數位輸出
OPA376
具備 e-trim 技術的低噪音運算放大器，提供卓越的直流精度與交流性能。
- 低噪音：1 kHz 頻率下僅 7.5 nV/√Hz
- 低偏移電壓：典型值為 5µV
- 5.5 MHz增益帶寬積
- 軌到軌輸入與輸出
- 2.2V 至 5.5V 供電電壓
LMT84
精密CMOS溫度感測器，其模擬輸出電壓與溫度成反比
- ±0.4°C 典型精準度
- -50°C 至 150°C 溫度範圍
- 低 5.4-µA 靜態電流
- -5.5 mV/°C 平均感測器增益
- 低 1.5-V 操作電壓
系統設計理論
LED需要恆定電流驅動，而可調白光則需要對兩組獨立LED燈串的電流進行調節與控制。可調白光LED照明裝置需配備交流-直流恆壓電源，並結合兩個直流-直流降壓電流控制器來調節流經LED燈串的電流。
TIDA-01096 平台採用兩款 TPS92513HV 降壓LED驅動器，配備集成模擬電流調節功能，用於控制暖色與冷色LED燈串的電流。TPS92513/HV LED驅動器具備獨立模擬與脈衝寬度調變（PWM）調光輸入端，可實現無妥協的亮度控制，達成超過100:1的對比度。
降壓LED驅動器由 SimpleLink CC2650 無線微控制器 LaunchPad 套件控制，該套件產生兩組PWM信號用於雙燈串的PWM調光。實現模擬調光需使用兩個可變模擬輸入來設定降壓LED驅動器的 IADJ。可變 IADJ 是透過將 CC2650 裝置的 PWM 作為數模轉換器（DAC）來產生。此過程中，CC2650 產生的 PWM 信號會經過四階低通RC濾波器濾波，並透過運算放大器 OPA376 對濾波後輸出進行緩衝。
Design Equations
設計包含以下全面計算：
- 欠壓鎖定設定： R1=120kΩ 同 R6=5kΩ 將 UVLO 設定喺 30.5V
- 開關頻率： RRT=190.63kΩ 設定 fSW=600kHz
- LED 電流設定： RISENSE=0.05Ω 對應最高 700mA LED 電流
- 模擬調光濾波器： 四階 RC 濾波器，截止頻率為 391Hz
- 電感器選擇： 以滿載時275mA紋波電流計算
- 輸出電容器： 選用4.7μF電容以實現5mA LED漣波電流
調光技術
本設計採用三種獨特調光方式，以增強靈活性並在不同操作條件下優化性能：
模擬調光
使用IADJ引腳動態設定LED電流。效率更高且電磁干擾較少，但在極低電流下可能導致色溫偏差。
- 採用經四階RC濾波器濾波的PWM訊號
- 提供12-bit解析度
- 更高效率：最高達98%
- 1:25 對比度
PWM 調光
使用 PDIM 引腳啟用/停用閘極驅動器。可避免低電流下的色溫問題並提供更高解析度。
- 200Hz至5kHz頻率範圍
- 直接控制閘極驅動器
- 低電流下更佳嘅調光線性度
- 1:50 對比度
Hybrid Dimming
結合兩種方法 - 模擬調光用於提升效率，PWM調光則用於微調及在低電流下實現更佳解析度。
- 優化效率與解析度
- 主調光範圍嘅模擬
- 低電流微調用PWM
- 兩種技術嘅優點結合
無閃爍操作： 透過將電流檢測電阻從50mΩ修改為250mΩ，該設計可實現低至6mA輸出電流的無閃爍操作，即使在極低亮度水平下也能提供高品質照明。
Test Data & Performance
全面測試顯示該設計在多種操作條件下均展現卓越性能：
效率表現
- 模擬調光： 98.15% peak efficiency at full load, maintaining >95% efficiency down to 20% load
- PWM調光（1kHz）： 100%工作週期時效率為97.39%，隨工作週期降至3%時效率逐漸下降至84.88%
- PWM調光（5kHz）： 97.82% efficiency at 100% duty cycle, maintaining >90% efficiency down to 5% duty cycle
- 輸入電壓變化： 在35V至48V輸入電壓範圍內，效率維持高於97%
Tunable White Performance
系統能有效維持不同亮度水平下的色溫調節功能：
- 100% 亮度： System efficiency ranges from 97.27% (cool white) to 98.15% (warm white)
- 75% 亮度： 效率喺唔同色溫下維持喺97.24%至98.01%之間
- 50% 亮度： 效率喺調節範圍內維持喺97.18%至98.31%之間
感應器性能
- OPT3001 環境光感測器： 提供由2.57 lux至12,902 lux的精確照度測量
- LMT84 溫度感測器： 在不同負載條件下監測散熱器溫度，範圍由36.21°C至61.60°C
Design Files & Resources
完整設計套件包含實施所需的所有檔案：
- 電路圖： LED驅動系統完整電路圖
- 物料清單： 附製造商編號之綜合零件清單
- 印刷電路板佈線圖： Gerber 檔案同佈線建議
- Altium Project： 完整設計項目檔案
- 裝配圖： 詳細裝配說明
- Software Files： 適用於具備BLE連接功能嘅CC2650微控制器韌體
應用領域： 此參考設計專為室內LED照明（住宅、零售、酒店、重點照明）、無線聯網照明系統，以及需要精準色溫控制與無線連接功能嘅低壓直流LED照明應用而設。
注意： 以上為參考設計嘅綜合摘要。完整PDF文件包含詳細電路圖、佈局指引、韌體實作細節同大量測試數據。建議下載完整PDF文件以獲取全面實作細節。