LED

LED大家都知道,那么你知道LED驱动电源设计的一些知识吗?针对于设计LED电源的工程师来说,电磁干扰问题应该是一直存在于设计中的一个关键问题,熟悉电源电路设计的朋友们都知道,在LED电源的设计过程中,电磁干扰EMI是个不小的难题,那么如何能解决这个问题?

文章从硬件着手,介绍了三大抗干扰措施。

首先我们来看一下能够影响到EMI/EMC的几个因素:驱动电源的电路结构;开关频率、接地、PCB设计、智能LED电源的复位电路设计。

由于最初的LED电源就是线性电源,但是线性电源在工作时会以发热的形式损耗大量能量。线性电源的工作方式,使他从高压变低压必须有将压装置,一般的都是变压器, 再经过整流输出直流电压。虽然笨重,发热量大,优点是,对外干扰小,电磁干扰小,也容易解决。而现在使用比较多的LED开关电源,都是以 PWM形式的LED驱动电源是让功率晶体管工作在导通和关断状态。在导通时,电压低,电流大;关断时,电压高,电流小,因此功率半导体器件上所产生的损耗 也很小。缺点比较明显的是,电磁干扰(EMI)也更严重。

LED电源的电磁兼容出现问题一般是开关电路的电源中。而开关电路是开关电源的主 要干扰源之一。开关电路是LED驱动电源的核心,开关电路主要由开关管和高频变压器组成。它产生的du/dt具有较大幅度的脉冲,频带较宽且谐波丰富。

这种高频脉冲干扰产生的主要原因是:开关管负载为高频变压器初级线圈,是感性负载。导通瞬间,初级线圈产生很大的涌流,并在初级线圈的两端出现较高的浪涌尖峰电压;断开瞬间,由于初级线圈的漏磁通,致使部分能量没有从一次线圈传输到二次线圈,电路中形成带有尖峰的衰减振荡,叠加在关断电压上,形成关断电压尖 峰。高频脉冲产生更多的发射,周期性信号产生更多的发射。在LED电源系统中,开关电路产生电流尖峰信号,而当负载电流变化时也会产生电流尖峰信号。这就是电磁干扰根源之一。

基本上在所有电磁干扰问题的题目中,主要是因为不适当的接地引起的。有三种信号接地方法:单点、多点和混合。在开关电路频率低于1MHz时,可采用单点接地方法,但不适宜高频;在高频应用中,最好采用多点接地。

混合接地是低频用单点接地,而高频用多点接地的方法。地线布局是关键,高频数字电路和低电平模拟电路的接地电路尽不能混合。可以说适当的印刷电路板(PCB)布线对防止EMI是至关重要的。

在LED电源中,有不少智能LED电源采用单片机控制,并且有的LED电源采用单片机控制开关电路的占空比,单片机的看门狗系统对整个LED电源的运行起着特别重要的作用,由于所 有的干扰源不可能全部被隔离或往除,一旦进进CPU干扰程序的正常运行,那么复位系统结合软件处理措施就成了一道有效的纠错防御的屏障了。

常用的复位系统有以下两种:

①外部复位系统。外部“看门狗”电路可以自己设计也可以用专门的“看门狗”芯片来搭建。这样,假如程序系统陷进一个死循环,而该循环中恰巧有着“喂狗”信号的话,那么该复位电路就无法实现它的应有的功能了。

②现在越来越多的LED电源都带有自己的片上复位系统,这样用户就可以很方便的使用其内 部的复位定时器了,但是,有些智能LED电源的控制电路复位指令太过于简单,这样也会存在象上述死循环那样的“喂狗”指令,使其失往监控作用。

要解决LED驱动电源的电磁干扰问题,从硬件上可从以下几个方面入手:

1.减少开关电源本身的干扰:软开关技术,在原有的硬开关电路中增加电感和电容元件,利用电感和电容的谐振,降低开关过程中的du/dt和di/dt,使开关器件开通时电压的下降先于电 流的上升,或关断时电流的下降先于电压的上升,来消除电压和电流的重叠。开关频率调制技术,通过调制开关频率fc,把集中在fc及其谐波2fc、3fc… 上的能量分散到它们周围的频带上,以降低各个频点上的EMI幅值。元器件的选择,选择不易产生噪声、不易传导和辐射噪声的元器件。通常特别值得注意的是, 二极管和变压器等绕组类元器件的选用。反向恢复电流小、恢复时间短的快速恢复二极管是开关电源高频整流部分的理想器件。

合理使用电磁干扰滤波器,EMI滤波器的主要目的之一,电网噪声是电磁干扰的一种,它属于射频干扰(RFI),其传导噪声的频谱大致为10KHz~30MHz,最高可达150MHz.在一 般情况下,差模干扰幅度小,频率低,所造成的干扰较小;共模干扰幅度大,频率高,还可以通过导线产生辐射,所造成的干扰较大。欲削弱传导干扰,最有效的方 法就是在开关电源输入和输出电路中加装电磁干扰滤波器。LED电源一般采用简易式单级EMI滤波器,主要包括共模扼流圈和滤波电容。EMI滤波器能有效抑 制开关电源适配器的电磁干扰。

2.通过切断干扰信号的传播途径来减少电磁干扰问题:第一种情况是电源线干扰可以使用电源线滤 波器滤除。一个合理有效的开关电源EMI滤波器应该对电源线上差模和共模干扰都有较强的抑制作用。改善PCB板的电磁兼容性设计PCB是LED电源系统中 电路元件和器件的支撑件,它提供电路元件和器件之间的电气连接。随着电子技术的飞速发展,PCB的密度越来越高。

PCB设计的好坏对LED电源系统的电磁 兼容性影响很大。实践证实,即使电路原理图设计正确,印刷电路板设计不当,也会对LED电源系统的可靠性产生不利影响。PCB抗干扰设计主要包括PCB布 局、布线及接地,其目的是减小PCB的电磁辐射和PCB上电路之间的串扰。还有,一般变压器电磁干扰引发的交流声频率一般为50HZ左右,而地线布线不当 导致的交流声,由于整流电路的倍频作用频率约为100HZ,仔细区分还是可以察觉的。因此,在设计印刷电路板的时候,应留意采用正确的方法,遵守PCB设 计的一般原则,并应符合抗干扰的设计要求。

3.主动大幅增强受干扰体的抗干扰能力:在LED电源系统中输进/输出也是干扰源 的传导线,和接收射频干扰信号的拾检源,我们设计时一般要采取有效的措施:采用必要的共模/差模抑制电路,同时也要采取一定的滤波和防电磁屏蔽措施以减小 干扰的进进。在条件许可的情况下尽可能采取各种隔离措施(如光电隔离或者磁电隔离),从而阻断干扰的传播。防雷击措施,室外使用的LED电源系统或从室外 排挤引进室内的电源线、信号线,要考虑系统的防雷击题目。常用的防雷击器件有:气体放电管、TVS(Transient Voltage Suppression)等。气体放电管是当电源的电压大于某一数值时,通常为数十V或数百V,气体击穿放电,将电源线上强冲击脉冲导进大地。TVS可以 看成两个并联且方向相反的齐纳二极管,当两端电压高于某一值时导通。其特点是可以瞬态通过数百乃上千A的电流。

通过本文我们可以总结出针对于LED电源EMC/EMI的主要几个控制技术是:电路措施、EMI滤波、元器件选择、屏蔽和印制电路板抗干扰设计等。如果能正确合理的对这些问题进行解决,顺利通过3C认证,不是问题!以上就是LED驱动电源设计的一些解析,希望能给大家帮助。

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Holtek推出全新一代5V USB MCU系列微控制器HT32F50343,采用Arm® Cortex®-M0+核心,具备高效能与宽广的工作电压,并集成控制RGB LED灯条专用硬件等特色,适合PC(主板、CPU风扇、游戏显卡、内存等)、游戏周边(电竞键盘、鼠标、耳机等)及各种需求LED灯效与USB的应用领域。

HOLTEK推出全新32-bit 5V USB MCU HT32F50343

HT32F50343最高运行速度为60MHz,操作电压为2.5V~5.5V,支持独立VDDIO引脚,提供设计上的弹性。内建64 KB Flash及12 KB SRAM;配备丰富的周边资源,如UART×2、I²C×2、SPI×2、USB、6通道PDMA、12通道1 Msps 12-bit SAR ADC、CRC16/32及硬件除法器等,采用32/46 QFN和48/64 LQFP封装,GPIO引脚可达23~51。

新增的SLED(串列式LED控制器)接口,可搭配DMA同步驱动多达8个灯条。此外还具备PWM Timer×3,SCTM×2和GPTM×1,可输出多达30组PWM信号,满足更广泛的应用。

HT32支持多种开发环境(Keil/IAR/SEGGER/GNU),并提供硬件开发工具包、周边驱动函式库 (Firmware Library)及应用范例等完整的开发资源。全系列M0+ MCU取得Keil MDK-ARM用户许可证,可提供客户免费使用。搭配ISP(In-System Programming)及IAP(In-Application Programming)技术方案,可轻易升级固件。全系列通过UL/IEC 60730-1 Class B认证,可提供自检程序(Safety Test Library)缩短产品认证时间。

来源:HOLTEK

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Silicon Labs 供稿

简介

自从140年前第一个商用的白炽灯泡问世以来,发光二极管(LED)灯泡是照明领域的最大进步。LED灯的好处无数,而且有据可查。与现代的白炽灯泡相比,它们通常节省75%的能量,使用寿命可以延长50倍以上。今天的LED灯泡比以前的LED灯泡有了很大的改进。它们产生的热量极少,不发出紫外线或红外线,不含汞,耐冲击,并能在极端环境下有效运行。

照明革命的下一个浪潮即将来临:智能互联照明。为LED灯泡添加无线连接和联网功能,不仅提供了简单的开/关功能,还提供了更多的机会。您可以通过简单的智能手机应用程序或语音助手来调整亮度、色温和定时,甚至在旅途中远程控制灯光。以前闻所未闻的应用包括无线接近传感器触发的智能灯在晚上当您穿过房屋或建筑物时自动照亮走廊和房间,床头照明在早晨逐渐唤醒您,或医院照明使用色彩改善情绪、健康及加快康复。智能连接照明的便利性和好处是无限的。

与传统照明相比,智能照明仍处于新生阶段,但是在住宅、商业和工业市场中,智能照明的采用率正在稳步提高,这在一定程度上得益于采用了绿色能源激励措施和法规,例如California Title 20。根据研究和市场预测,到2022年全球智能照明市场将达到240亿美元,2018年至2023年的复合年增长率(CAGR)将高达21%。

随着越来越多的“物”相互连接以及消费者逐渐接受智能家居技术,对智能互联照明的接受和需求将继续增长。这就是为什么Acuity BrandsCreeEatonGE LightingPhilips/SignifyOsram和许多其他顶级照明品牌不仅竞相提供智能LED产品,而且还提供易于部署、可互操作、安全且可升级的完整照明生态系统的原因。

智能LED设计挑战

以经济高效的方式在LED灯泡中实现无线连接会给照明OEM厂商带来一系列新的设计和实施的挑战。例如,智能LED灯泡必须满足严格的RF法规要求、苛刻的能效标准、高温等级以及严格的产品尺寸和空间限制。照明开发人员还必须考虑设备和网络的安全性,并确保智能LED灯泡与任何其他已连接的IoT产品一样抵抗得住恶意黑客的攻击。

另一个关键的设计考量因素是无线协议的选择。许多可连接的灯都在2.4 GHz频段上运行,并使用几种流行的基于标准的短距离无线协议之一,例如Zigbee、低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)、蓝牙网状网络(Bluetooth Mesh)或Wi-Fi。使用基于标准的协议有助于实现与普通消费产品(例如语音助手、智能手机和平板电脑)的互通,无需额外的自定义网关和网络基础设施产品。某些智能LED设计可能需要多协议连接,例如支持低功耗蓝牙进行设备设置和控制以及通过网关访问基于Zigbee的多节点照明网状网络的能力。

蓝牙或Zigbee等标准之外的专有无线协议也是一种选择。虽然在短期内实现专有无线协议可能很容易且具有成本效益,但这种选择可能会带来互操作性和可升级性的长期挑战。基于标准的无线解决方案推动了大批量生产,因此从长远来看可能是更具成本效益的选择。而从众多可用选项中选择合适的无线技术和供应商,需要对RF设计以及性能权衡和风险有更深入的了解。

智能LED设计也必须满足传统照明产品所不需要的无线标准和法规性能要求,例如电磁(EM)辐射和能耗。

实施带来的挑战

为了将新的智能LED产品推向市场,照明OEM厂商还面临着一些涉及工程和运营资源的实施挑战:

  • 要发展专业知识并分配资源以实施并成功完成标准和法规的认证测试,例如FCCCE认证。
  • 要考虑确保产品部署到现场后的产品功能和安全性升级的设置,通常通过无线(OTA)更新。
  • 管理物料的采购和多个组件的库存。
  • 验证与智能家居或智能建筑中其他无线物联网产品和生态系统的互操作性。
  • 优化物料清单(BOM)和开发成本,以交付具有成本竞争力的产品,同时满足严格的生产计划并缩短上市时间。

借助模块解决方案消除设计和实施带来的挑战

虽然对于具有较少RF经验和专业知识的开发人员而言,向LED灯泡添加无线连接可能是一项艰巨的任务,但现在可以使用经过预先认证的无线模块解决方案来简化智能LED产品设计的任务,从而最大程度地减少照明OEM厂商面临的许多挑战。

无线模块旨在提供一个全方位的即插即用解决方案,该解决方案集成了开发人员完成LED设计的连接部分所需的关键组件。模块供应商已经完成了天线设计、阻抗匹配、无源器件的调谐和集成以及协议开发等以射频为中心的艰巨任务。对于自身可能缺乏必要RF或协议专业知识的OEM厂商来说,这些已完成的工程和集成工作可以带来巨大的好处。此外,无线模块通常附带所有必需的软件,包括所选的协议栈。模块供应商还提供易于使用的开发工具,以支持和简化设计和调试过程。

通过在LED设计中使用无线模块,照明OEM厂商无需担心管理天线、晶体振荡器和无源器件等多个RF组件的采购和库存。此外,同一模块还可用于多种照明产品,从而进一步简化了采购和库存管理。

选择正确的模块解决方案

在评估LED设计的模块选项时,照明OEM厂商应寻找专门为互联照明应用的特定需求而设计的解决方案。

例如,Silicon LabsMGM210LBGM210L模块是可用于照明市场的首批针对应用优化的模块产品。MGM210L模块支持ZigbeeThread,以及动态多协议连接(例如ZigbeeBluetooth Low Energy)。BGM210L设计用于Bluetooth Low EnergyBluetooth Mesh。这两个新模块旨在简化和加速功能丰富、颜色可选和可调光的LED灯的开发,同时使开发人员能够利用基于蓝牙、ZigbeeThread的网状网络生态系统。

xGM210L模块基于Silicon Labs Series2 EFR32xG21无线片上系统(SoC)芯片,其外围设备针对照明应用进行了优化。该SoC包含低功耗的Arm® Cortex®-M33处理器内核,足够支持动态多协议操作和OTA固件更新以确保智能照明产品未来适应性的内存,以及能够支持802.15.4Bluetooth Mesh协议和Bluetooth Low Energy的高性能2.4 GHz射频收发器。无线电通过单协议或多协议连接来处理无线网络功能。集成的RF功率放大器还使得xGM210L模块能够处理需要数百米视距连接的远程应用。

诸如xGM210L器件之类的高能效模块可提供较低的有功功耗水平,该功耗水平经过了优化,可以满足California Title 20设备效率法规。许多运往美国市场的照明产品必须符合California Title 20法规,需要对照明控制设备的制造商进行认证。

模块解决方案可以帮助照明OEM厂商减少与RF设计、协议优化和法规认证有关的研发周期。xGM210L模块经过了预先认证,可以在北美(FCCISED)、欧洲(CE)、韩国和日本使用,旨在最大程度地减少与全球无线认证相关的时间、成本和风险因素,从而使照明OEM厂商缩短数月的产品上市时间。

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随着制造商为更多的LED产品增加RF连接性,小尺寸灯泡设计带来了复杂的尺寸、功率和散热限制,而现有的无线解决方案无法轻松解决这些限制。xGM210L模块旨在解决这些限制。该模块的定制印制电路板(PCB)尺寸(16 mm x 23 mm)符合大多数LED灯泡外壳的紧凑尺寸。它还具有最高+125°C的额定温度,可确保在灯泡外壳中可靠地运行(灯泡外壳在长时间使用后会变热)。

安全性是智能LED产品的另一个重要考量因素。最近的媒体报道称,黑客通过LED灯泡入侵了智能家居网络,这已经使消费者和照明开发商都意识到了从灯泡本身到云端对于安全的迫切需求。照明OEM厂商应寻求能够提供内置硬件安全功能的模块,无需增加成本,即可使开发人员能够在智能LED产品中实现强大的安全性。

例如,xGM210L模块具有专用的安全内核,该内核隔离了应用处理器,并提供快速、节能的加密操作以及差分功耗分析(DPA)对策。符合NISTAIS-31要求的真随机数生成器(TRNG)可以增强器件加密。具有信任根和安全加载程序(Root of Trust and Secure Loader, RTSL)技术的安全启动(Secure Boot)有助于防止恶意软件侵入和回滚,确保可靠的固件执行和OTA更新。具有独特锁定/解锁功能的安全调试接口允许进行经过身份验证的访问,以增强故障分析能力。该模块的Arm Cortex-M33内核集成了TrustZone技术,可为可信软件架构实现系统级的硬件隔离。

完整的模块解决方案应附带强大的无线软件协议栈,从而使开发人员可以选择标准协议,例如ZigbeeThreadBluetooth MeshBluetooth Low Energy。此外,开发人员应当期望全面的软件支持,包括强大的软件开发工具包(SDK)和高级工具,以帮助验证网络性能并辅助调试,优化智能照明应用的性能和能耗。xGM210L模块带有功能强大的开发工具套件,例如网络分析仪(Network Analyzer)、能耗分析器(Energy Profiler)等。SDK包含实现低能耗操作所需的所有库以及使灯泡与网络通信所需的所有驱动程序。

结论

毫无疑问,智能LED灯泡产品在住宅、商业和工业市场中越来越受欢迎。现在可以使用全面的硬件和软件解决方案来简化联网照明产品的开发。经过优化的无线模块现已上市,可帮助缩短上市时间,减少开发和认证成本,并解决OEM厂商可能面临的许多无线设计挑战。

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LED开关电源的研发速度在最近几年中有了明显的技术飞跃,新产品更新换代的速度也加快了许多。作为最后一个设计环节,PCB的设计也显得尤为重要,因为一旦在这一环节出现问题,那么很可能会对整个的LED开关电源系统产生较多的电磁干扰,对于电源工作的稳定性和安全性也都会造成不利影响。那么,PCB的设计怎样做才是正确的呢?

通过最近几年中LED电源的元器件布局研究和市场实践结果证明,即使在研发初期所设计的电路原理图是非常正确,然而一旦PCB的设计出现问题,也会对电子设备的可靠性产生不利影响,例如由于电源、地线的考虑不周到而引起的干扰,就会使产品的性能下降,因此在设计PCB板的时候,就需要采用正确的方法。

在一块开关电源常用到的PCB板中,通常每一个开关电源都有四个电流回路,它们分别是输入信号源电流回路、电源开关交流回路、输出整流交流回路、输出负载电流回路。输入回路通过一个近似直流的电流对输入电容充电,滤波电容主要起到一个宽带储能作用。与之类似地,输出滤波电容也用来储存来自输出整流器的高频能量,同时消除输出负载回路的直流能量。所以,输入和输出滤波电容的接线端十分重要,输入及输出电流回路应分别只从滤波电容的接线端连接到电源。

输入和输出回路的设置和连接对于整个印刷线路版来说,是非常重要的,其合理与否将直接关系到电磁干扰的大小。如果在输入、输出回路和电源开关、整流回路之间的连接无法与电容的接线端直接相连,交流能量将由输入或输出滤波电容并辐射到环境中去。电源开关交流回路和整流器的交流回路包含高幅梯形电流,这些电流中谐波成分很高,其频率远大于开关基频,峰值幅度可高达持续输入、输出直流电流幅度的5倍,过渡时间通常约为50ns。这两个回路最容易产生电磁干扰,因此必须在电源中其它印制线布线之前先布好这些交流回路。

在LED开关电源的输入、输入回路中,每个回路都由三种主要的元件来构成,这三种元件分别是滤波电容、电源开关或整流器、电感或变压器。这三种重要的元件应彼此相邻地进行放置,调整元件位置使它们之间的电流路径尽可能短。建立开关电源布局的最好方法与其电气设计相似,最佳设计流程如下:放置变压器→设计电源开关电流回路→设计输出整流器电流回路→连接到交流电源电路的控制电路→设计输入电流源回路和输入滤波器。

来源:网络

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提供PLCC-2和超小尺寸MiniLED封装版本,器件通过AEC-Q101认证并具有1400 mcd的发光强度

日前,Vishay Intertechnology, Inc.(NYSE 股市代号:VSH)宣布,推出两款采用PLCC-2和超小尺寸MiniLED封装的全新汽车级表面贴装电源指示LED系列产品---VLMx335xx和VLMx235xx。威世VLMx335xx和VLMx235xx系列产品采用最小芯片尺寸以及最新的AllnGaP技术,为汽车、工业和消费级应用提供超高亮度和高达50mA的最大驱动电流。

今日发布的这两款LED产品通过AEC-Q101认证,热电阻低至400K/W,功率耗散为130mW,使其能够通过较大的驱动电流。VLMx235xx MiniLED封装尺寸小至2.3mm×1.3mm×1.4mm,而VLMx335xx发光强度高达1400mcd,使其成为汽车内外照明、信号灯、交通标志以及音频和视频设备、LCD开关和通用符号的指示灯和背光的理想选择。

产品有超级红、纯红、琥珀色、亮橙色和黄色版本可供选择,并且包含嵌在热塑性塑料中的引线框基盘,以及填充透明环氧树脂的内置反射镜。这些器件提供±60°的半强度角,正向电压低至1.8V,每个包装单位的发光强度比≤1.6,并以包装单位对发光强度和颜色进行分类。

器件符合RoHS标准,无卤素并符合Vishay绿色环保标准,产品提供8mm胶条版,根据JESD22-A114-B可承受高达2kV的静电,并且符合JEDEC 2a级的预处理兼容要求。

器件规格表:

Vishay推出具有最小外形尺寸和最新AllnGaP技术的新款汽车级电源指示LED

VLMx335xx和VLMx235xx系列的样品及批量订单将于2018年第四季度开始供货,交货周期为六周。

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最新LED和电机控制解决方案将亮相2018慕尼黑上海电子展

近日,德国elmos公司日前宣布elmos推出基于E522.90/91/92/93系列芯片用于汽车尾灯LED线性恒流驱动器的系列解决方案,包括车辆尾灯、车内氛围灯和48V电池系统的BLDC电机控制。E522.9x系列的每个通道输出电流为14mA至55mA,并联工作时单颗芯片最高输出165mA,即使在恶劣的散热条件下,这款拥有专利的电源管理芯片也可确保LED的恒流特性。该方案设计有外部分流电阻,可以把额外的功耗通过外部电阻耗散掉,这个方案将功耗成比例的分配到外部器件和PCB上,避免PCB上出现局部过热点。这个独特的方案中,功耗一部分通过芯片本身耗散,另外一部分则由外部器件耗散,减小了芯片自身的温升,为客户带来更多的设计余量。该家族系列产品还具有更高电流和相同特性的芯片(每通道48-151mA或并联工作450mA)E522.8x产品系列,该系列产品已经在汽车照明产品中有多个成功应用案例。

据悉,该系列最新应用解决方案将在2018年慕尼黑上海电子展(3月14日至16日)期间向观众现场展示并做详细说明。

elmos推出基于E522.90系列芯片的汽车尾灯解决方案elmos推出基于E522.90系列芯片的汽车尾灯解决方案

elmos还将带来LIN自动寻址的单芯片RGB驱动方案E521.36,该方案用在车内RGB氛围灯应用中,采用才方案的RGB模块可直接连接到LIN总线上,elmos的 E521.36芯片实现了简单、灵活、经济高效且节省空间的设计。 该器件包括一个基于MSP430的16位微控制器,具有32k字节的NVM,128字节的 EEPROM,带有集成BSM自动寻址(总线分流法)的LIN收发器(符合LIN 2.2规范),四路高达40mA/单通道的恒流源驱动和三个16位PWM发生器。 48MHz PWM时钟确保732Hz刷新频率下提供全面的16位色彩分辨率,实现无闪烁效果,可以满足目前所有的OEM要求。
elmos推出基于E522.90系列芯片的汽车尾灯解决方案

除此之外,此次展会上您还将看到基于E523.52芯片,elmos可以专门带来了48V电池系统的无刷直流(BLDC)电机单芯片控制器。 该芯片的最大输入电压为72V, 它集成了一个功能强大的16位微控制器,具有特殊的电机控制硬件支持。 该芯片可控制3路半桥NMOS,驱动的电机功率高达约1000W。 集成的DC / DC降压转换器设计用于11V / 100mA的门极驱动和其他负载的驱动。此外,该芯片还具有对MOSFET的各种监视和诊断功能。
elmos推出基于E522.90系列芯片的汽车尾灯解决方案

欢迎莅临上海新国际博览中心E4馆4208展位,我们期待与您见面。

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作者:Mark Pallones Microchip Technology Inc. 8位单片机产品部 主任应用工程师

开关模式可调光LED驱动器凭借其高效性以及对LED电流的精确控制而闻名。这类LED驱动器还可以提供调光功能,使得最终用户在营造奇幻灯光效果的同时有效降低自身功耗。基于8位单片机(MCU)的解决方案可针对此类应用提供必要的模块,从而实现通信、定制和智能控制功能。此外集成的独立于内核的外设,与纯模拟或ASIC实现相比可显著提升灵活性,扩展照明产品功能的同时塑造产品差异化,从而实现创新。这类智能照明解决方案具备故障预测和维护、能量监测,色温维持以及远程通信和控制等功能,功能之丰富不胜枚举,并且将因此而倍受青睐。

虽然LED驱动器与先前的照明解决方案相比具备诸多优势,但其实现过程中也会面临许多挑战。但您不必担心,阅读完本文章后,您将会了解如何使用8位MCU来轻松应对这些设计挑战,从而打造出高性能的开关模式LED驱动解决方案,功能之丰富令传统解决方案只能望其项背。

8位单片机可独立控制最多四个LED通道,这是大多数现成LED驱动器控制器所不具备的一项独特能力。在图1中,LED调光引擎可由单片机中提供的外设构成。这些引擎均具有独立的封闭通道,极少需要甚至不需要中央处理单元(CPU)干预即可控制开关模式电源转换器。这样可以释放CPU以执行其他重要任务,比如系统中的监控功能、通信功能或新增的智能功能。

LED调光引擎:基于8位MCU的开关模式可调光LED驱动器解决方案
图1:通过Microchip的PIC16F1779 8位单片机控制四个LED串的图示

LED调光引擎

在图2中,基于电流模式升压转换器的LED驱动器由LED调光引擎控制。该引擎主要由互补输出发出发生器(COG)、数字信号调制器(DSM)、比较器、可编程斜坡发生器(PRG)、运算放大器(OPA)和脉宽调制器3(PWM3)等独立于内核的外设(CIP)组成。这些CIP与固定稳压器(FVR)、数模转换器(DAC)和捕捉/比较/PWM(CCP)等其他片上外设一起组成完整的引擎。COG将高频开关脉冲提供给MOSFET Q1,从而将能量和供电电流传输给LED串。COG输输出的开关周期通过CCP和占空比设置,用于维持LED恒定电流,具体取决于比较器输出。每当Rsense1两端的电压超过PRG模块的输出时,比较器就会产生一个输出脉冲。PRG的输入源自反馈电路中的OPA输出,它被配置为斜率补偿器,以在占空比大于50%时抵消固有次谐波振荡的影响。

OPA模块实现为具有II型补偿器配置的误差放大器(EA)。FVR用作DAC输入,根据LED恒定电流规范为OPA同相输入提供参考电压。

为了实现调光目的,PWM3用作CCP输出的调制器,同时驱动MOSFET Q2以使LED快速循环亮起和熄灭。调制操作可通过DSM模块来完成,调制后的输出信号馈送到COG。PWM3可提供占空比可变的脉冲,用于控制驱动器的平均电流,实际上控制的是LED的亮度。

LED调光引擎不仅可以实现典型LED驱动器控制器的功能,而且还具备解决LED驱动器典型问题的能力。现在,我们将探讨这些问题并分析如何使用LED调光引擎来加以避免。

LED调光引擎:基于8位MCU的开关模式可调光LED驱动器解决方案
图2.LED调光引擎

频闪

频闪是典型开关模式可调光LED驱动器可能面临的挑战之一。虽然精心策划的频闪会带来有趣的效果,但如果LED发生意外频闪,则会破坏用户期望的灯光设计。为了避免频闪并提供平滑调光体验,应确保驱动器从最高档位(即100%灯光输出)一直到最低档位的调光效果都是连续流畅的。由于LED会瞬间响应电流变化并且不具有阻尼效果,因此驱动器必须具有足够多的调光档位才能确保人眼察觉不到变化。为了满足这一要求,LED调光引擎采用PWM3来控制LED的调光。PWM3是16位分辨率的PWM,从100%到0%占空比共有65536个档位,可保证亮度平滑切换。

LED色温转换

LED驱动器还可以转换LED的色温。 此颜色变化是人眼能够察觉得到的,削弱了客户对享受优质LED照明体验的主张。图3给出了典型的PWM LED调光波形。当LED熄灭时,由于输出电容缓慢放电,LED电流会逐渐减小。此事件会导致LED发生色温漂移且功耗增大。

LED调光引擎:基于8位MCU的开关模式可调光LED驱动器解决方案
图3.LED调光波形

可以使用负载开关来防止输出电容缓慢放电。例如,在图2中,电路使用Q2作为负载开关,LED
调光引擎会同步关闭COG PWM输出和Q2,以便切断电流衰减路径,让LED快速熄灭。

峰值电流

当使用开关模式功率转换器驱动LED时,将采用反馈电路来调节LED电流。但是,如果在调光期间操作不当,反馈电路会产生峰值电流(见图3)。回顾图2,当LED点亮时,电流传输到LED,RSENSE2两端的电压馈送到EA。当LED熄灭时,没有电流传输到LED,RSENSE2电压变为零。在此调暗期间,EA输出会增加到最大值,并使EA补偿网络过充。当调制的PWM再次导通时,如果有高峰值电流驱动到LED,则需要若干个周期才能恢复。此峰值电流会削减LED的使用寿命。

为了避免这一问题,LED调光引擎允许将PWM3用作OPA的改写源。当PWM3为低电平时,EA的输出呈三态,将补偿网络与反馈回路完全断开,并将保持最后一个稳定反馈点作为补偿电容中存储的电荷。当PWM3为高电平且LED再次点亮时,补偿网络重新连接,EA输出电压立即跳到其先前的稳定状态(PWM3为低电平之前),并且几乎立即恢复LED电流设定值。

完整解决方案

如前文所述,LED调光引擎极少需要甚至不需要CPU干预即可正常工作。因此,在将所有对于LED驱动器的控制工作分配给各个CIP时,CPU将具有充足的带宽来执行其他重要任务。 此外,通过对检测到的输入和输出电压进行处理,可以执行欠压锁定(UVLO)、过压锁定(OVLO)和输出过压保护(OOVP)等保护功能。这样可确保LED驱动器按照规范要求工作,并且LED不受异常输入和输出条件的影响。CPU还可以处理来自传感器的温度数据,以实现对LED的热管理。而且,当设置LED驱动器的调光级别时,CPU可以处理来自简单外部开关或串行通信命令的触发信号。此外,LED驱动器的参数可以通过串行通信的方式发送到外部设备以进行监控或测试。

除了上述功能之外,设计师还可以在自己的LED应用中尽情添加更多智能功能,包括通信(例如,DALI或DMX)和定制控制功能等。图4给出了使用LED调光引擎的完整开关模式可调光LED驱动器解决方案示例。

LED调光引擎:基于8位MCU的开关模式可调光LED驱动器解决方案
图4.开关模式可调光LED驱动器解决方案

结论

LED调光引擎可用于打造高效型开关模式可调光LED驱动器。高效性体现在其能够驱动多个LED串、提供高效能源、确保LED达到最佳性能、维持较长的LED使用寿命以及在系统中增添智能功能。

来源: http://www.microchip.com.cn/newcommunity/

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理解PWM需要知道的知识

(1)脉冲

解释:电子设备中电平状态发生的突变,通常突变时间很短,突变后极短时间后重新变为为原来的电平状态.(突变状态很短,两次突变间的时间相对较长)

(2)脉冲循环

解释:可以理解为一次突变到下一次突变所花的时间如下图:

浅析LED呼吸灯的实现和PWM的关系

(3)*(重点)占空比

解释:一个脉冲循环内通电时间所占的比例.,如下图:

浅析LED呼吸灯的实现和PWM的关系

举个例子:脉冲宽度1μs,信号周期5μs的脉冲序列即t=1,T=5,经过公式-占空比=t/T可以得到占空比为0.2.

(4)滤波器

解释:滤波器的组成为电感,电容,电阻等元器件.虽然PWM能通过通过改变占空比的方法.使电压的平均值达到稳压值,但输出稳定电压是靠PWM之后接的的滤波器来实现的。

(5)平均电压/输出电压

解释:
平均电压电压在一个周期T内积分之后再除以T.
也可以等同于写成:
输出电压 = (接通时间 / 脉冲时间)* 最大电压值

计算方式(平均电压)的示意图如下:

浅析LED呼吸灯的实现和PWM的关系

PWM的定义

PWN(Pulse-width modulation)的中文名是脉冲宽度调制.那么我们来看一下wikipedia对它的定义:

脉冲宽度调制(英语:Pulse Width Modulation,缩写:PWM),简称脉宽调制,是将模拟信号变换为脉冲的一种技术,一般变换后脉冲的周期固定,但脉冲的占空比会依模拟信号的大小而改变.在模拟电路中,模拟信号的值可以连续进行变化,在时间和值的幅度上都几乎没有限制,基本上可以取任何实数值,输入与输出也呈线性变化。所以在模拟电路中,电压和电流可直接用来进行控制对象,例如家用电器设备中的音量开关控制、采用卤素灯泡灯具的亮度控制等等 ...

计算PWN等效电压

PWM的等效电压计算公式为:

(此处我认为因为是方波所以可以将其视作平均电压)
U =(T1*Umax)/(T1+T2)
T1:导通时间
T2:断流时间
T1+T2 脉冲周期
Umax:电压幅值

所以根据公式可知,由于T1/(T1+T2)正是空占比,所以改变空占比就等于改变了等效电压,所以使得灯泡的亮度发生了变化

为什么Analogwrite的值是0-255?

LED亮度通过调节LED驱动器的PWM占空比来对亮度控制,一个PWM周期可以划分成2的控制位的次方个时钟周期而对大部分LED而言,控制位通常是8位,所以8位PWM能够提供256个亮度级的电平,因此PWM周期由256个时钟周期组成.

脉冲周期/频率和人眼的关系

LED的典型时钟频率是32kHz,那么根据公式PWM周期为256/32kHz=8ms.那么这样对于人眼而言这个闪烁频率很安全的避免了人眼能够觉察的闪烁.

在ARDUINO中使用PWM控制LED灯模拟呼吸灯的实验

实验准备:

实验主设备: Arduino UNO R3(图片来自NRIOBOT)

浅析LED呼吸灯的实现和PWM的关系

其他:
LED灯(若干)
面包板(一块)
杜邦线(双头公若干)
电阻(若干)(可选择/非必需)

连接图示意(通过Fritzing软件制作的简易电路图)

浅析LED呼吸灯的实现和PWM的关系

实验代码:

/*先要介绍一下analogwrite的用法
将模拟值(PWM波)输出到管脚。可用于在不同的光线亮度调节发光二极管亮度或以不同的速度驱动马达。调用analogWrite()后,该引脚将产生一个指定占空比的稳定方波,直到下一次调用analogWrite()(或在同一引脚调用digitalRead()或digitalWrite())

这种方法也叫快速PWM方式*/

需要上传到ARDUINO中的代码:

//设定使用9号口
void setup (){
pinMode(9,OUTPUT);
}
void loop(){
//由于上文中提到的所以为256种亮度
for (int a=0; a<=255;a++) //控制PWM亮度的增加
{
analogWrite(9,a);
delay(8);
}
for (int a=255; a>=0;a--) //控制PWM亮度减小
{
analogWrite(9,a);
delay(8);
}
delay(300); //完成一个循环
}

Analogwrite和占空比的关系

analogwrite(x,y)

X是管脚,而y(value)就是亮度级(在LED中)

占空比的计算方法就是: 占空比=y/256

对于Analogwrite占空比的一个特殊之处的解释

对于快速PWM模式,如果我们代码用了analogWrite(9, 0)即Y(value)=0,实际上应该有1/256的占空比,然而实际输出的电平为0.这是因为在Arduino的强制设定,当检测到AnalogWrite的value为0,那么就等于关闭了PWM.所以带来的问题是,如果我们设置analogWrite(9, 1),那么占空比2/256,所以在0到1之间产生了一个跳跃,丢弃了占空比为1/256的情况.

总结

这次的python实验中,让我们尝试了怎么使用Arduino和LED灯做出呼吸灯的效果,因为对于机器是怎么输出高电平(5v)和低电平(0v)之间的电压好奇,所以探究了一下原理,总结来说就是机器通过pwm在管脚产生了一定占空比的方波,改变空占比就等同于改变了等效电压,所以使得灯泡的亮度发生了变化.

转自: xlxw

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