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智能功率器件AUIPS7142G满足24V系统汽车电子苛刻应用

Microchip 公司的dsPIC33F系列是高性能16 位数字信号控制器(DSC),采用改进型哈佛架构和C 编译器优化指令集,具有16 位宽数据总线和24 位宽指令,3.0-3.6V 时的工作速度达40MIPS,在LED驱动系统应用中,可以很方便实现多路开关电源(SMPS)和其它数字电源转换器如AC/DC转换器,DC/DC转换器,功率因素修正(PFC),恒流检测等功能。

 

电源部分设计

 

LED的寿命最终取决于对流经LED的电源的处理,目前由于对成本的追求,很多LED灯具厂家还在使用阻容降压方式的电源给LED供电,这对LED性能造成很大的伤害,其产品性能也大打折扣;另外由于世界各国及地区的电力环境不同,民用电压也存在差异,各国电器的电压适用范围也不同,高品质LED灯具厂在制作LED电源时,都会采用数字电源方式以使LED能够获得最干净的电源,延长LED的工作寿命。

 

dsPIC33F“GS”系列数字电源DSC可全面支持数字控制环路,因为它们均配备4至8个分辨率为1纳秒(ns)的PWM,多达4个20ns的比较器以及1或2个采样率为2 – 4 MSPS、具有低延迟及高分辨率控制的10位片上ADC,而每个比较器对应有1个集成的数模转换器(DAC)。这些器件采用18至44引脚,具有6至16 KB闪存。这些器件的交互式外设既可将处理器的干预减至最低,又能满足高速电流模式控制的实时需求。

图1、dsPIC33系列数字PFC方框图

 

首先将差异性较大的民用交流电转化为直流电压,在此过程中通过K1、K2、K3采集外界电压变化,由dsPIC33 PWM控制输出电压大小,保证输出电压的稳定性,适用于各种电压范围,大大降低了因为民用电压不同而需要生产不同型号LED灯具的困扰。

 

图2、dsPIC33系列逆变转换器方框图

 

之后dsPIC33产生的SPWM驱动全桥电路,产生交流电压,通过互感器检测波形,经变压隔离后,再进行PFC调整输出安全稳定的直流电压供后续处理供LED使用。

 

图3、dsPIC33系列5V BUCK电路方框图

 

典型的BUCK电路,通过PWM波形和AD组成的闭环电路,有效的控制输出稳定性,特别指出在该方案中对续流二极管的处理,既增加了系统稳定性,也降低了功耗。

 

LED驱动部分设计

 

目前市场中有很多LED驱动专用芯片,优点是电路简单,体积小,成本低,但是这种电路也有其无法克服的缺点,如:设计单一、智能水平低、驱动电流小、无法做升压电路、无法量化输出等。

 

dsPIC系列MCU,配备4至8个分辨率为1纳秒(ns)的PWM和采样率为2-4 MSPS的10位AD,通过MCU PWM控制MOS对流经LED的电流进行控制,高分辨率可以让输出电流电压做到精细化调整,AD采集实时电流,量化输出,对LED的工作状态进行实时监控,PWM与AD构成闭环控制,最大程度稳定LED的工作状态,缩小由于LED自身差异性造成的不稳定性。

 

图4、PWM控制LED boost驱动电路

 

调光系统设计

 

dsPIC MCU在系统设计过程中就是采用PWM调光方式。dsPIC MCU配备有4到8通道PWM,可轻松实现RGB真彩调光,配合10位片上ADC,管理和检测每一组灯的实时运行情况,达到更优的工作效果。

 

图5、RGB调光系统框图

 

通讯系统设计

 

0-10V,DALI,DMX512是目前LED照明系统中常用的三种通讯方式,DMX512由于其数据传输高效性和传输距离远特点,逐渐成为主流方案。

 

dsPIC33方案除了提供DMX512通讯方式外,由于MCU的通用性,其外设还支持红外接口和RF接口,实现无线控制方式,增加产品的卖点;同时也可以使用内部带CAN的dsPIC33芯片,将LED灯与汽车产品连接,如汽车仪表盘背景灯、阅读灯等,增加产品类型。

 

结论

 

dsPIC33 LED驱动单芯片解决方案优势性能:

 

低成本——单芯片解决多路恒流控制,省去专用的恒流芯片,有效地降低了系统成本。

高效率——非隔离开关电源,没有变压器的漏磁损耗,转换效率高,系统满载时整体效率高达95%。

驱动能力强——最多可以支持8路非隔离恒流驱动输出,可驱动8串(每串不少于14个)LED,总输出功率不低于100W。

控制灵活——采用高性能DSC作为控制核心,可充分发挥MCU实时控制功能的优势,每路LED的电流大小、亮灭方式等均可独立控制。

扩展性好——配置温度、亮度、色温等检测接口,支持串口、I2C,CAN等通讯接口,为系统集成做好了铺垫。

 

基于dsPIC33 LED驱动单芯片解决方案,将电源控制及系统管理合二为一,降低了硬件设计的复杂程度,同时兼顾驱动输出路数设计的灵活性,可通过改变控制芯片外围的存储器中的内容,实现对LED电流大小、亮灭时间、亮灭模式、环境亮度及系统温度等控制参数的定制,还可通过MCU的通讯接口对系统进行远距离调光控制和无线控制。