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智能功率器件AUIPS7142G滿足24V系統汽車電子苛刻應用

Microchip 公司的dsPIC33F系列是高性能16 位數字信號控制器(DSC),采用改進型哈佛架構和C 編譯器優化指令集,具有16 位寬數據總線和24 位寬指令,3.0-3.6V 時的工作速度達40MIPS,在LED驅動系統應用中,可以很方便實現多路開關電源(SMPS)和其它數字電源轉換器如AC/DC轉換器,DC/DC轉換器,功率因素修正(PFC),恒流檢測等功能。

 

電源部分設計

 

LED的壽命一般取決于對流經LED的電源的處理,目前由于對成本的追求,很多LED燈具廠家還在使用阻容降壓方式的電源給LED供電,這對LED性能造成很大的傷害,其產品性能也大打折扣;另外由于世界各國及地區的電力環境不同,民用電壓也存在差異,各國電器的電壓適用范圍也不同,高品質LED燈具廠在制作LED電源時,都會采用數字電源方式以使LED能夠獲得干凈的電源,延長LED的工作壽命。

 

dsPIC33F“GS”系列數字電源DSC可全面支持數字控制環路,因為它們均配備4至8個分辨率為1納秒(ns)的PWM,多達4個20ns的比較器以及1或2個采樣率為2 – 4 MSPS、具有低延遲及高分辨率控制的10位片上ADC,而每個比較器對應有1個集成的數模轉換器(DAC)。這些器件采用18至44引腳,具有6至16 KB閃存。這些器件的交互式外設既可將處理器的干預減至更低,又能滿足高速電流模式控制的實時需求。

圖1、dsPIC33系列數字PFC方框圖

 

首先將差異性較大的民用交流電轉化為直流電壓,在此過程中通過K1、K2、K3采集外界電壓變化,由dsPIC33 PWM控制輸出電壓大小,保證輸出電壓的穩定性,適用于各種電壓范圍,大大降低了因為民用電壓不同而需要生產不同型號LED燈具的困擾。

 

圖2、dsPIC33系列逆變轉換器方框圖

 

之后dsPIC33產生的SPWM驅動全橋電路,產生交流電壓,通過互感器檢測波形,經變壓隔離后,再進行PFC調整輸出安全穩定的直流電壓供后續處理供LED使用。

 

圖3、dsPIC33系列5V BUCK電路方框圖

 

典型的BUCK電路,通過PWM波形和AD組成的閉環電路,有效的控制輸出穩定性,特別指出在該方案中對續流二極管的處理,既增加了系統穩定性,也降低了功耗。

 

LED驅動部分設計

 

目前市場中有很多LED驅動專用芯片,優點是電路簡單,體積小,成本低,但是這種電路也有其無法克服的缺點,如:設計單一、智能水平低、驅動電流小、無法做升壓電路、無法量化輸出等。

 

dsPIC系列MCU,配備4至8個分辨率為1納秒(ns)的PWM和采樣率為2-4 MSPS的10位AD,通過MCU PWM控制MOS對流經LED的電流進行控制,高分辨率可以讓輸出電流電壓做到精細化調整,AD采集實時電流,量化輸出,對LED的工作狀態進行實時監控,PWM與AD構成閉環控制,大程度穩定LED的工作狀態,縮小由于LED自身差異性造成的不穩定性。

 

圖4、PWM控制LED boost驅動電路

 

調光系統設計

 

dsPIC MCU在系統設計過程中就是采用PWM調光方式。dsPIC MCU配備有4到8通道PWM,可輕松實現RGB真彩調光,配合10位片上ADC,管理和檢測每一組燈的實時運行情況,達到更優的工作效果。

 

圖5、RGB調光系統框圖

 

通訊系統設計

 

0-10V,DALI,DMX512是目前LED照明系統中常用的三種通訊方式,DMX512由于其數據傳輸高效性和傳輸距離遠特點,逐漸成為主流方案。

 

dsPIC33方案除了提供DMX512通訊方式外,由于MCU的通用性,其外設還支持紅外接口和RF接口,實現無線控制方式,增加產品的賣點;同時也可以使用內部帶CAN的dsPIC33芯片,將LED燈與汽車產品連接,如汽車儀表盤背景燈、閱讀燈等,增加產品類型。

 

結論

 

dsPIC33 LED驅動單芯片解決方案優勢性能:

 

低成本——單芯片解決多路恒流控制,省去專用的恒流芯片,有效地降低了系統成本。

高效率——非隔離開關電源,沒有變壓器的漏磁損耗,轉換效率高,系統滿載時整體效率高達95%。

驅動能力強——可以支持8路非隔離恒流驅動輸出,可驅動8串(每串不少于14個)LED,總輸出功率不低于100W。

控制靈活——采用高性能DSC作為控制核心,可充分發揮MCU實時控制功能的優勢,每路LED的電流大小、亮滅方式等均可獨立控制。

擴展性好——配置溫度、亮度、色溫等檢測接口,支持串口、I2C,CAN等通訊接口,為系統集成做好了鋪墊。

 

基于dsPIC33 LED驅動單芯片解決方案,將電源控制及系統管理合二為一,降低了硬件設計的復雜程度,同時兼顧驅動輸出路數設計的靈活性,可通過改變控制芯片外圍的存儲器中的內容,實現對LED電流大小、亮滅時間、亮滅模式、環境亮度及系統溫度等控制參數的定制,還可通過MCU的通訊接口對系統進行遠距離調光控制和無線控制。

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