|
作者：江萬(wàn)春 英飛凌科技電源與傳感系統事業(yè)部大中華區技術(shù)支持 首席工程師 錢(qián)家法 英飛凌科技電源與傳感系統事業(yè)部大中華區技術(shù)支持 總監 1. 引言 本文給讀者帶來(lái)一種高效、新穎的LED驅動(dòng)電源配置方法：基于近場(chǎng)通信技術(shù)（NFC）的無(wú)線(xiàn)靈活配置方法。 LED照明燈具的規格多種多樣，帶來(lái)繁多的驅動(dòng)電源規格，給設計、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、使用也帶來(lái)了諸多的不便。為了減少這種不便，工程師們一直致力設計可以靈活配置輸出電流的、更通用的驅動(dòng)電源平臺，使得同一電源能適配不同功率，不同亮度的LED燈具。從而減少驅動(dòng)電源的種類(lèi)，縮短開(kāi)發(fā)周期，降低庫存，縮短交貨時(shí)間。如有需要，最終用戶(hù)也可以重新配置驅動(dòng)電源來(lái)適配LED燈具。 最為傳統的配置方法是采用不同電阻值來(lái)配置（撥碼開(kāi)關(guān)方式產(chǎn)生多種組合），需要接觸操作。并且，此方法受制于電阻的阻值限制，一般只能設置幾個(gè)電流檔位，應用彈性少，功能單一�？梢越鉀Q以上問(wèn)題的NFC近場(chǎng)通信技術(shù)被創(chuàng )新地應用于LED電源，并逐步成為標準配置。 2. NFC技術(shù)應用在LED電源上 NFC是一種成熟的近距離無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，多年來(lái)已經(jīng)被廣泛地用于交通卡、銀行卡、身份證、智能門(mén)鎖等等。 NFC應用時(shí)有發(fā)射端和接收端，都內置有天線(xiàn)，接收端可以無(wú)需額外電源供電。工作時(shí)，發(fā)射端發(fā)射頻率為13.56MHz的信號，較近的距離下接收端接收到此信號，并轉換為電能為接收端供電，同時(shí)進(jìn)行解碼獲得信息、修改信息以及進(jìn)行反向傳輸，最終實(shí)現信息交換。 可以設想如圖一所示，如果將一個(gè)接收端IC設計在LED電源上，就可以使用手機或者一個(gè)發(fā)射設備將需要配置的信息非接觸地發(fā)送并寫(xiě)到LED電源上，LED電源根據這個(gè)信息輸出不同的電流，甚至根據工作時(shí)長(cháng)進(jìn)行光衰補償。 如果這個(gè)IC內部有足夠的空間，就可以用來(lái)存儲更多的信息。通過(guò)讀寫(xiě)設備將需要資料（如品牌，序列號等）寫(xiě)進(jìn)去或讀取出來(lái)，方便維護管理。 
圖一：典型NFC應用示意圖 3. 英飛凌的LED電源專(zhuān)用NFC控制芯片 基于以上的理念，英飛凌開(kāi)發(fā)出專(zhuān)用于LED驅動(dòng)電源的NFC控制芯片NLM0010和NLM0011，封裝是非常緊湊的SOT-23，5腳封裝，內建了豐富的功能。既可以在出廠(chǎng)前設置，也可以在終端客戶(hù)安裝前根據不同的光源設置，極大地簡(jiǎn)化了設計和使用。 如圖二所示 NFC IC直接控制初級主控IC，在LED 電源不接交流電源的情況下，通過(guò)讀寫(xiě)設備將需要配置的參數信息發(fā)射出來(lái)， NFC控制芯片通過(guò)天線(xiàn)接收電能以維持自身工作，收到并且將其中的目標信息存儲在內部存儲器中。NFC控制芯片的信息也可反向地向讀寫(xiě)設備傳送，以獲得以配置的參數信息。當LED驅動(dòng)電源上電開(kāi)機后，會(huì )給NFC控制芯片供電，內部根據已經(jīng)存儲在寄存器的信息通過(guò)計算轉換為PWM信號輸出至LED驅動(dòng)控制器，控制輸出電流從而改變LED的亮度。
圖二：NFC初級（原邊）控制示意圖 如圖三所示 NFC控器芯片可以直接控制次級主控IC，ILD8150(E)是一顆DC/DC LED驅動(dòng)控制器，NFC 控制芯片的PWM 輸出直接連接到ILD8150(E)的DIM腳，實(shí)現更簡(jiǎn)單的輸出電流控制。
圖三：NFC 次級(副邊)控制示意圖 英飛凌的NFC控制芯片提供了更加豐富的功能： • 電流設置精細、靈活，而傳統的撥碼開(kāi)關(guān)設置受制于電阻的阻值限制，一般只能設置幾個(gè)電流檔位。 采用27MHz的內部時(shí)鐘,即使采用10kHz的PWM 頻率，分辨率依然可以做到1/2700, 也就是說(shuō)可以設置2700個(gè)不同的輸出。 內置2.8V輸出精密穩壓也有利于抑制因為VCC電源波動(dòng)帶來(lái)的額外誤差。 因為采用靈活的數字控制，可以通過(guò)生產(chǎn)過(guò)程中的輸出電流校準使實(shí)際輸出電流更接近目標輸出電流，并且可以采用比較大誤差的穩壓電路以降低成本，芯片內可以記錄驅動(dòng)電源的開(kāi)關(guān)次數及其工作時(shí)長(cháng)，可以通過(guò)NFC讀寫(xiě)設備獲得此信息為產(chǎn)品維護和優(yōu)化提供方便。 • 其中NLM0011更內置了CLO（恒定流明輸出）,可以根據LED光源的光衰特性動(dòng)態(tài)調整驅動(dòng)電流，達到恒定流明輸出的目的，即光衰補償。 4. NLM0010/11的簡(jiǎn)易應用設計 這兩個(gè)IC的使用非常簡(jiǎn)易，硬件電路主要涉及IC的輸出信號設計、Vcc的設計和天線(xiàn)設計。 • 適配調光信號的設計 當LED控制IC使用PWM作為調光信號時(shí)：可直接將NFC控制芯片的輸出PWM信號輸出至LED控制IC的調光腳，如圖四所示。
圖四：輸出直接連接調光IC調光腳 當LED控制IC使用直流電壓作為調光信號時(shí)，NFC控制芯片的輸出需要通過(guò)電阻和電容將PWM信號轉換成直流電壓，作為調光信號，如圖五所示。
圖五：輸出加RC濾波再連接至控制電路 • 需要記錄開(kāi)關(guān)次數和工作時(shí)長(cháng)的設計 對于需要用到工作時(shí)長(cháng)記錄或開(kāi)關(guān)次數記錄的應用，關(guān)機后IC仍然需要足夠的能量才能維持工作以保證數據的正確寫(xiě)入。這種情況下，Vcc腳需要外接一顆額外的22uF電容儲能。另外需要確保Vcc供電電壓范圍在3.3-5.0V, 極限范圍3.0-5.5V，大多數情況下可以采用線(xiàn)性穩壓方案。如圖六所示，通過(guò)穩壓電路較為精確的穩壓，或采用圖七所示的更簡(jiǎn)單、更低成本的電阻加穩壓二極管穩壓方案。
圖六：三端穩壓電路提供Vcc
圖七：穩壓二極管電路提供Vcc • 小面積天線(xiàn)的設計 這兩款芯片內部已經(jīng)集成了一顆典型值23.5pF的電容，只需要連接一個(gè)一定感量（使得諧振頻率為13.56MHz左右）的天線(xiàn)即可；需要微調的話(huà)，也可外接電容。天線(xiàn)可以直接在繪制在PCB上，單面板或雙面都可以。20mm*20mm內的天線(xiàn)大小基本可以滿(mǎn)足需要。
圖八：IC內置23.5pF電容 天線(xiàn)設計時(shí)可以借助英飛凌提供的Excel 計算工具計算PCB天線(xiàn)電感， 拿到PCB實(shí)物后有條件的可以用網(wǎng)絡(luò )分析儀測試實(shí)際電感量，或者裝上元件做實(shí)際通訊測試， 并根據測試結果調整外接電容的容量以實(shí)現最好的通訊質(zhì)量。 另外，開(kāi)發(fā)或使用時(shí)需要用到讀寫(xiě)設備，請使用英飛凌推薦的型號。如果需要自主開(kāi)發(fā)控制軟件，可以參考英飛凌NLM0010或NLM0011的應用注解。 評估或開(kāi)發(fā)初期也可以直接使用英飛凌提供的可以用于安卓系統的APK，使用帶NFC功能安卓手機就可以進(jìn)行測試。 圖九所示的是配置界面，可以配置PWM頻率、最大占空比等，顯示工作時(shí)長(cháng)、開(kāi)關(guān)次數等。圖十是在手機端可查看到的內部存儲的數據。
圖九：配置界面
圖十：內部存儲數據 5. 應用實(shí)例 如圖十一所示，NFC控制芯片和天線(xiàn)被設計在同一塊小PCB上，此PCB的長(cháng)寬只有2.5cm和1.5cm。插在LED驅動(dòng)電源主板的次級電路上，占板空間非常小。實(shí)現了無(wú)接觸的無(wú)線(xiàn)參數配置。這個(gè)設計需要通過(guò)R+C將NFC 的PWM輸出電壓轉為直流電壓，然后利用運算放大器將其與電流采樣電阻上的電壓比較，通過(guò)反饋電路實(shí)現NFC設置的目標輸出電流。
圖十一：應用實(shí)例 6. 結論 NFC芯片在LED 電源的應用大大增加了電流設置的靈活性， 與電阻設置或編碼設置相比具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，可以完全取代不方便的接觸式撥碼設計，在LED 電源中的應用必將越來(lái)越多。英飛凌的NLM0010和NLM0011以其小體積（SOT23-5）,極為簡(jiǎn)單的電路，極具價(jià)值的開(kāi)關(guān)次數統計和工作時(shí)長(cháng)計數或光衰補償功能，收到越來(lái)越多客戶(hù)的使用。 |
