|
作者：江萬春 英飛凌科技電源與傳感系統事業部大中華區技術支持 首席工程師 錢家法 英飛凌科技電源與傳感系統事業部大中華區技術支持 總監 1. 引言 本文給讀者帶來一種高效、新穎的LED驅動電源配置方法：基于近場通信技術（NFC）的無線靈活配置方法。 LED照明燈具的規格多種多樣，帶來繁多的驅動電源規格，給設計、生產、銷售、使用也帶來了諸多的不便。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。從而減少驅動電源的種類，縮短開發周期，降低庫存，縮短交貨時間。如有需要，最終用戶也可以重新配置驅動電源來適配LED燈具。 最為傳統的配置方法是采用不同電阻值來配置（撥碼開關方式產生多種組合），需要接觸操作。并且，此方法受制于電阻的阻值限制，一般只能設置幾個電流檔位，應用彈性少，功能單一。可以解決以上問題的NFC近場通信技術被創新地應用于LED電源，并逐步成為標準配置。 2. NFC技術應用在LED電源上 NFC是一種成熟的近距離無線通信技術，多年來已經被廣泛地用于交通卡、銀行卡、身份證、智能門鎖等等。 NFC應用時有發射端和接收端，都內置有天線，接收端可以無需額外電源供電。工作時，發射端發射頻率為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，同時進行解碼獲得信息、修改信息以及進行反向傳輸，最終實現信息交換。 可以設想如圖一所示，如果將一個接收端IC設計在LED電源上，就可以使用手機或者一個發射設備將需要配置的信息非接觸地發送并寫到LED電源上，LED電源根據這個信息輸出不同的電流，甚至根據工作時長進行光衰補償。 如果這個IC內部有足夠的空間，就可以用來存儲更多的信息。通過讀寫設備將需要資料（如品牌，序列號等）寫進去或讀取出來，方便維護管理。 
圖一：典型NFC應用示意圖 3. 英飛凌的LED電源專用NFC控制芯片 基于以上的理念，英飛凌開發出專用于LED驅動電源的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。既可以在出廠前設置，也可以在終端客戶安裝前根據不同的光源設置，極大地簡化了設計和使用。 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，通過讀寫設備將需要配置的參數信息發射出來， NFC控制芯片通過天線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設備傳送，以獲得以配置的參數信息。當LED驅動電源上電開機后，會給NFC控制芯片供電，內部根據已經存儲在寄存器的信息通過計算轉換為PWM信號輸出至LED驅動控制器，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驅動控制器，NFC 控制芯片的PWM 輸出直接連接到ILD8150(E)的DIM腳，實現更簡單的輸出電流控制。
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，而傳統的撥碼開關設置受制于電阻的阻值限制，一般只能設置幾個電流檔位。 采用27MHz的內部時鐘,即使采用10kHz的PWM 頻率，分辨率依然可以做到1/2700, 也就是說可以設置2700個不同的輸出。 內置2.8V輸出精密穩壓也有利于抑制因為VCC電源波動帶來的額外誤差。 因為采用靈活的數字控制，可以通過生產過程中的輸出電流校準使實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電源的開關次數及其工作時長，可以通過NFC讀寫設備獲得此信息為產品維護和優化提供方便。 • 其中NLM0011更內置了CLO（恒定流明輸出）,可以根據LED光源的光衰特性動態調整驅動電流，達到恒定流明輸出的目的，即光衰補償。 4. NLM0010/11的簡易應用設計 這兩個IC的使用非常簡易，硬件電路主要涉及IC的輸出信號設計、Vcc的設計和天線設計。 • 適配調光信號的設計 當LED控制IC使用PWM作為調光信號時：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，NFC控制芯片的輸出需要通過電阻和電容將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 • 需要記錄開關次數和工作時長的設計 對于需要用到工作時長記錄或開關次數記錄的應用，關機后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性穩壓方案。如圖六所示，通過穩壓電路較為精確的穩壓，或采用圖七所示的更簡單、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 • 小面積天線的設計 這兩款芯片內部已經集成了一顆典型值23.5pF的電容，只需要連接一個一定感量（使得諧振頻率為13.56MHz左右）的天線即可；需要微調的話，也可外接電容。天線可以直接在繪制在PCB上，單面板或雙面都可以。20mm*20mm內的天線大小基本可以滿足需要。
圖八：IC內置23.5pF電容 天線設計時可以借助英飛凌提供的Excel 計算工具計算PCB天線電感， 拿到PCB實物后有條件的可以用網絡分析儀測試實際電感量，或者裝上元件做實際通訊測試， 并根據測試結果調整外接電容的容量以實現最好的通訊質量。 另外，開發或使用時需要用到讀寫設備，請使用英飛凌推薦的型號。如果需要自主開發控制軟件，可以參考英飛凌NLM0010或NLM0011的應用注解。 評估或開發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，顯示工作時長、開關次數等。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. 應用實例 如圖十一所示，NFC控制芯片和天線被設計在同一塊小PCB上，此PCB的長寬只有2.5cm和1.5cm。插在LED驅動電源主板的次級電路上，占板空間非常小。實現了無接觸的無線參數配置。這個設計需要通過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，通過反饋電路實現NFC設置的目標輸出電流。
圖十一：應用實例 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可比擬的優越性，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越多。英飛凌的NLM0010和NLM0011以其小體積（SOT23-5）,極為簡單的電路，極具價值的開關次數統計和工作時長計數或光衰補償功能，收到越來越多客戶的使用。 |
