智能照明

-通过“秀之友(Friends of Hue)”项目利用软件开发套件为飞利浦 秀 智能照明生态系统创建Zigbee®无线照明开关-

Silicon Labs(亦称“芯科科技”,NASDAQ:SLAB)和全球照明领域的领导者昕诺飞(Signify),正在合作推广“秀之友(Friends of Hue)”的扩展项目,这使得生态系统合作伙伴能够更好地为飞利浦 秀(Philips Hue)系统开发智能灯具开关。Silicon Labs提供Zigbee簇库、软件工具、参考应用和专业技术知识,以帮助由秀之友项目认证的成员公司快速设计和生产照明开关产品,确保与Philips Hue智能照明系统完美配合。

秀之友生态系统使得第三方供应商及品牌能够创建通过认证的、可互操作的智能照明产品,与领先的基于Zigbee的智能照明解决方案飞利浦 秀(Philips Hue) 无缝集成。Silicon Labs是秀之友的主要合作伙伴,与Signify密切合作,定义Zigbee簇并提供兼容软件以实现先进的照明开关功能,例如飞利浦 秀 应用(Philips Hue app)中对用户友好的设置以及通过飞利浦 秀 云(Hue cloud)部署固件更新。Silicon Labs的Zigbee软件开发套件支持秀之友规范,允许第三方供应商能够创建确保与飞利浦 秀 集成的认证设备。

Signify伙伴关系主管Duncan McCue表示:“我们相信每个人都会使用智能照明,通过照明开关方便地进行智能照明控制是这一愿景的关键部分。秀之友开关(The Friends of Hue Switches)项目正在帮助合作伙伴开发创新的照明开关,与飞利浦 秀 生态系统(Hue ecosystem)无缝集成,为全球数百万消费者提供智能照明体验。我们很高兴与Silicon Labs合作扩展秀之友项目,基于Zigbee技术大幅提升可靠性和互操作性,使电池供电的照明开关能够进入Hue生态系统。”

通常当最终用户使用传统墙壁开关关闭智能灯时,灯的电源被关闭,并且不能使用应用程序、语音命令、日程安排或传感器进行控制。秀之友开关使得飞利浦 秀 智能照明控制可以直接从墙壁开关可靠控制,并保持飞利浦 秀 灯具(Hue lights)处于“时刻准备好”的状态,同时提供人人都很熟悉的界面。Silicon Labs的秀之友软件开发套件(SDK)支持各种智能灯开关设计,并为飞利浦 秀 用户添加了兼容性开关的选择。

Silicon Labs物联网产品营销和应用副总裁Matt Saunders表示:“凭借在网状网络方面超过15年的经验以及迄今为止已部署的2.5亿多个网状节点,Silicon Labs正利用自身深厚的Zigbee专业知识、一流的软件和无线开发工具支持秀之友项目。随着秀之友合作伙伴网络的增长,我们正在不断推动物联网智能照明解决方案的发展。”

ON World调研总监Mareca Hatler表示:“智能照明通过简单、实惠的DIY解决方案重新定义了家庭自动化。作为智能照明的领先物联网技术,Zigbee在推动智能家居的采用和创新方面发挥了关键作用。目前,亚马逊、百思买、家得宝、Bed Bath及Beyond等热门消费品零售商销售的智能LED灯泡中,有80%使用Zigbee。”

欲了解有关秀之友开关(Friends of Hue Switches)项目和Silicon Labs Zigbee SDK的更多信息,请浏览网站:http://www.silabs.com/friends-of-hue

关于Signify

Signify(Euronext:LIGHT)是专业、消费以及物联网照明领域的全球领导者。我们的Philips产品、Interact连接照明系统和数据服务,为家庭、楼宇和城市空间提供了商业价值且带来生活的改善。2017年销售额达70亿欧元,约32,000名员工,业务遍布70多个国家,我们为光明的生活和更美好的世界释放了光的非凡潜力。有关Signify的新闻,请浏览其新闻专区、Twitter和LinkedIn。有关投资者的信息,请参阅“投资者关系”页面。

关于Silicon Labs

Silicon Labs(亦称“芯科科技”,NASDAQ:SLAB)是领先的芯片、软件和解决方案供应商,致力于建立一个更智能、更互联的世界。我们屡获殊荣的技术正在塑造物联网、互联网基础设施、工业自动化、消费电子和汽车市场的未来。我们世界一流的工程团队创造的产品专注于性能、节能、互联和简易化。更多信息请浏览网站: www.silabs.com

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开关式可调光LED驱动器具有显著的性能并可以精准控制LED电流,也具有调光功能,这使终端用户在降低功耗的同时制作很好的灯光效果。

8位微控制器可以提供必要的构件用来通信、定制和智能控制,核心独立外设集成比单纯的模拟或ASIC集成电路能提供更大的灵活性,并能改进扩大发光产品的产能并避免同质化。具有预测故障维修、能量监测、颜色和温度维修、远程通信控制的高级特性,这使得智能照明解决方案更具吸引力。

尽管LED驱动器比之前的照明方案提供很多优势,在实际应用中还存在一些小问题,通过本系列的文章我们将了解8位MCU如何消除这些小问题,从而制作出比之前的传统方案产能更大的高性能开关式LED驱动方案。

8位微控制器可以单独用来控制最多4个LED通道,这是现成的大多数LED驱动控制器所不具备的,在图1,LED调光引擎可以通过微控制器外设中制作出来,这些引擎有独立的闭流路来控制开关式功率变换器,带有最小化的CPU介入,这使得CPU可以专门运行其他重要任务比如监视功能、通信或其他的系统智能。

图1:8位Microchip微控制器PIC16F1779控制的4个LED发光二极管串电路图
图1:8位Microchip微控制器PIC16F1779控制的4个LED发光二极管串电路图

在图2,LED驱动器基于电流模式的升压转换器,由LED调光引擎控制,该引擎主要包括核心独立外设(CIP)比如互补输出发生器(COG)、数位讯号调变器(DSM)、比较器、可编程斜坡发生器(PRG)、运算放大器(OPA)、脉冲宽度调制器3(PWM3)。片上外设比如固定电压稳压器(FVR)、数字模拟转换器(DAC)、捕捉/比较/PMW(CCP), 这些核心独立外设(CIP)与片上外设结合起来形成整个引擎。COG提供高频转换脉冲给MOSFET Q1用来对LED发光二极管串进行转能和供电,CCP设定COG输出的切换时间,占空比用来保持LED恒定电流并取决于比较器输出,当电压通过Rsense1超出PRG模块的输出时比较器产生输出脉冲,PRG的输入来自OPA在反馈电路的输出,当占空比大于50%时PRG作为斜坡补偿器而抵消固有的次谐波振荡。

图2:LED调光引擎
图2:LED调光引擎

带有Type II补偿器的运算放大器(OPA)模块作为带有误差信号放大器(EA),固定电压稳压器(FVR)作为数字模拟转换器(DAC)的输入提供参考电压给基于LED恒定电流参数的运算放大器(OPA)的同相输入。

为实现调光,脉冲宽度调制器3(PWM3)作为捕捉/比较/PMW(CCP)输出的调节器驱动MOSFET Q2快速开关LED ,调节可以通过数位讯号调变器(DSM)模块实现,调节的输出信号供给互补输出发生器(COG)。脉冲宽度调制器3(PWM3)提供带有可变占空比的脉冲控制驱动器的平均电流从而控制LED的亮度。

LED调光引擎除了实现传统的LED驱动控制器的功能,还可以解决LED驱动器产生的传统问题,现在我们来看如何使用LED调光引擎解决这些传统的问题。

闪烁变化可能是传统的开关式调光LED驱动器会产生的问题,闪烁变化要按照人们的需求进行,为避免闪烁变化而实现平稳的调光效果,驱动器必须将调光步骤伴随着连续流动的效果从100%的高光水平一直降到低光水平,由于LED会瞬间响应电流的变化而没有阻尼效应,因此LED驱动器必须具有足够的调光步骤从而在视觉上察觉不到变化,为达到这种需求,LED调光引擎采用脉冲宽度调制器3(PWM3)控制LED的调光,脉冲宽度调制器3(PWM3)有16位的分辨率,占空比从100%到0有65536个步骤,这保证了光水平的平稳过渡。

LED色温变化

LED驱动器也可以调节LED的色温,这种颜色变化可以被人们察觉并衰减LED的高光补偿。图3是传统的脉冲宽度调制器(PWM)LED的调光波形,LED关闭时,LED的电流由于输出电容的迟缓放电而逐渐减小,这可以引起LED色温的变化和更高的功耗。

图3:LED调光波形
图3:LED调光波形

输出电容的迟缓放电可以使用负荷开关消除,比如在图2,电路使用Q2作为符合开关,LED调光引擎同时关闭互补输出发生器(COG)脉冲宽度调制器(PWM)的输出和Q2从而切断减幅电流使LED快速关闭。

电流调峰

当使用开关式整流器驱动LED时,反馈电路是用来配置LED电流,然而在调光时如果操作不当则反馈电路能产生电流调峰(见图3),再看图2,当LED开启时,电流被传输给LED,通过Rsense2的电压供给了误差信号放大器(EA)。当LED关闭时,没有电流传输给LED,Rsense2的电压变为0。在这个调光时的断电时间,误差信号放大器(EA)的输出增加到最大值并使误差信号放大器(EA)的补偿网络过度充电。当调节的PWM再次开启,在高峰值电流传输给LED使其恢复之前还需要几个周期,此电流调峰会缩短LED的使用寿命。

为避免这一问题,LED调光引擎允许PWM3作为运算放大器(OPA)的重写源,当PWM3出于低光水平时,误差信号放大器(EA)的输出是三态的,并完全断开了反馈回路的补偿网络并保留了稳定反馈的末点作为一次充电存储在补偿电容中,当PWM3处于高光水平并且LED再次开启时,补偿网络再次连接并且误差信号放大器(EA)的输出电压瞬间猛增到之前的稳定状态(在PWM3处于低光水平之前)并几乎立即存储LED当前的设定值。

完整解决方案

之前提到过LED调光引擎运行有最小化的CPU介入,所以,当关闭其他的任务只控制核心独立外设(CIP)的LED驱动器时,CPU还有很多的带宽去执行其他的重要任务。欠压锁定(UVLO)、过压锁定(OVLO)、输出电压保护(OOVP)等保护特性可以在处理传感的输入和输出电压时执行,这可以确保LED驱动器运行在需要的规格内并且可以保护LED免于异常的输入和输出情况。CPU也能处理传感器的热量数据来实现LED的热量管理,而且,当设置LED驱动器的调光水平时,CPU能处理来自简单外部开关的触发器或一个串行通信的指令。另外,LED驱动器的参数能通过监视或测试的串行通信被发送给外部设备。

除了以上提到的特性,设计者还可以使自己的LED应用更加智能,包括通信在内,类似DALI或DMX,并管理定制,图4是使用LED调光引擎的一个完整的开关式LED调光驱动器方案的样图。

图4:开关式LED调光驱动器方案
图4:开关式LED调光驱动器方案

总结

LED调光引擎能可用于制作有效的开关式LED调光驱动器,其效果等同于驱动多个LED串的性能,用来提供有效的能量源,确保LED的最佳性能,保持了LED的长使用期限,并使系统更智能。

转自: 中电网

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