LED照明已經(jīng)在整個照明應(yīng)用中得到普及，伴隨著智慧城市，智能路燈的發(fā)展，LED驅(qū)動電源也朝著智能化，數(shù)字化方向發(fā)展。英飛凌作為引領(lǐng)智能LED照明的領(lǐng)先供應(yīng)商，從系統(tǒng)級角度看待問題，為客戶提供卓越的數(shù)字產(chǎn)品和解決方案，在提供高性能表現(xiàn)的產(chǎn)品和系統(tǒng)解決方案的同時，極大的減輕了客戶庫存的壓力和新產(chǎn)品推出的周期，擴展了研發(fā)設(shè)計的靈活性。英飛凌照明驅(qū)動ＩＣ以其豐富的產(chǎn)品類型，廣泛的拓撲組合，搭配業(yè)界領(lǐng)先功率晶體管CoolMOS技術(shù)，充分滿足了LED驅(qū)動電源設(shè)計的半導(dǎo)體器件選型需求。
英飛凌的數(shù)字控制方案基于自有的數(shù)字核CPU，結(jié)合強大的功率半導(dǎo)體制造技術(shù)，將兩者有機的集成在一起，創(chuàng)新了業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)字LED驅(qū)動IC技術(shù)，此前已經(jīng)量產(chǎn)3款產(chǎn)品， XDPL8105， XDPL8220， ILD2111。XDPL8221 是英飛凌系列數(shù)字智能LED驅(qū)動IC中新成員，集成PFC和反激控制器于一體，SO16窄體封裝，具有恒流，恒壓，限功率三種輸出工作狀態(tài)，獨立的調(diào)光接口和通訊接口，極低的THD和待機功耗，使其具有強大的競爭力。
1．英飛凌數(shù)字控制器概述
英飛凌數(shù)字控制器概念如圖1示， 內(nèi)核嵌入式CPU是英飛凌自有數(shù)字核，功率變換控制減輕了CPU的負載，提高了系統(tǒng)效率。外圍集成ADC轉(zhuǎn)換器和功率高壓啟動單元及驅(qū)動。完善的保護功能也一并集成在內(nèi)。
圖1 英飛凌數(shù)字控制器
2．XDPL8221 系統(tǒng)概述
典型的XDPL8221系統(tǒng)原理如圖2所示，XDPL8221高度集成臨界模式PFC和原邊控制準(zhǔn)諧振反激控制器，大大減少了系統(tǒng)元器件數(shù)量。兩級方案減小了輸出紋波，降低了單獨一級對設(shè)計余量的要求，進一步降低了成本。
XDPL8221集成THD優(yōu)化算法，使得系統(tǒng)具有很高的PF值和很低的THD值。獨特的恒壓，恒流，限功率控制模式自由切換，提供了極高的帶載靈活性，系統(tǒng)設(shè)計研發(fā)者可以最大限度的利用系統(tǒng)硬件能力。
芯片內(nèi)的OTP單元存儲系統(tǒng)的參數(shù)，例如輸出電流，輸出電壓，最大輸出功率，保護模式等等。參數(shù)可以在研發(fā)階段或者量產(chǎn)產(chǎn)線上進行重新配置，這使得用戶在不更改硬件參數(shù)的情況下，生成不同的機種，達到真正的一個平臺多機種的目的。
低待機功耗的需求在照明應(yīng)用中越來越多，待機要求越來越低，XDPL8221低至100mW的待機功耗樹立了行業(yè)的新標(biāo)桿。
此外，內(nèi)部和外部的自適應(yīng)過溫度保護功能以及其他的保護功能一起守護著系統(tǒng)的安全可靠。
圖2 XDPL8221典型系統(tǒng)
下面的章節(jié)將主要介紹XDPL8221精準(zhǔn)原邊控制的原理，PF/THD優(yōu)化的算法，調(diào)光性能，保護功能，以及獨特的實時通訊功能。
2．1 XDPL8221原邊控制原理及精度
XDPL8221原邊控制的典型波形圖如圖3，系統(tǒng)通過檢測反激變壓器原邊峰值電流來計算次級電流及過流保護。通過檢測輔助繞組的反射電壓來計算次級電壓，在退磁時間結(jié)束時，通過偵測ZCD腳位的電壓值即可算出此時輸出電壓值。在已知輸出電壓和電流的基礎(chǔ)上，通過軟件的算法實現(xiàn)限功率控制。
圖3 XDPL8221 原邊控制原理
如圖4所示為XDPL8221輸出特性曲線， 在恒壓段，此時電源工作在恒壓區(qū)，輸出電流根據(jù)負載狀態(tài)需低于一定值。在恒流段，此時電源工作在恒流點上，輸出電壓需低于一定值，用來保證整個系統(tǒng)的輸出功率在控制范圍內(nèi)。 在限功率段，電壓和電流之乘積需小于或等于設(shè)定的最大輸出功率。在限功率模式下，其限功率的精度在2%以內(nèi)。限功率模式應(yīng)用比較適合驅(qū)動COB燈珠。
圖4 XDPL8221 輸出特性曲線
2．2 XDPL8221 系統(tǒng)輸入PF值和THD 值
XDPL8221內(nèi)部集成了THD優(yōu)化功能，使得THD在整個輸入電壓范圍內(nèi)和很寬的輸出功率情況下都保持優(yōu)秀的THD性能。
圖5 THD優(yōu)化算法及50W demoboard THD 測試結(jié)果
圖5右所示為實測的THD曲線。從曲線可以看出，全電壓輸入狀態(tài)下，在30%負載到100%負載范圍內(nèi)，THD都能夠做到低于12%，同時也能夠滿足EN61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)要求。
2.3．XDPL8221 調(diào)光性能
XDPL8221 內(nèi)部集成了四種調(diào)光曲線，分別如圖6示，主要分為線性調(diào)光和曲線調(diào)光模式，每種模式還可支持正向調(diào)光或者反向調(diào)光。最小調(diào)光電流對應(yīng)的最小PWM DUTY可以在軟件界面里設(shè)置，同時最大調(diào)光電流對應(yīng)最大的PWM DUTY同樣可以在軟件里設(shè)置。XDPL8221支持調(diào)光深度小于1%，支持調(diào)滅功能，調(diào)滅設(shè)置的遲滯是可以在軟件里設(shè)置的。
圖6 XDPL8221 調(diào)光曲線
圖7為實測的調(diào)光曲線，調(diào)光深度<1%。而且?guī)Р煌撦d時，其調(diào)光曲線趨于一致。
圖7 XDPL8221 調(diào)光曲線測試
2.4 保護功能
XDPL8221具備完善的保護功能，能夠?qū)崿F(xiàn)AC輸入電壓過壓欠壓保護，輸出電壓過欠壓保護，輸出電流的平均電流及峰值電流的過流保護；且具備外部溫度保護的專用腳位，用來做系統(tǒng)性的過溫保護。并且IC本體內(nèi)部也有過溫保護機制，用來保護IC本身。
圖8 自適應(yīng)溫度保護
圖8所示為XDPL8221智能溫度保護曲線，在過溫保護時，會逐漸降低系統(tǒng)輸出電流直到設(shè)定的最小電流，此時若溫度保護解除，輸出電流會逐漸上升至最大工作電流；若此時溫度保護一直存在但是又不超過最大過溫點，系統(tǒng)會一直工作在最小輸出電流狀態(tài)。這種模式的過溫保護，極大的保證了燈的點亮?xí)r間。
2.5 實時通訊功能
XDPL8221具備實時通訊功能，通過IC的UART腳位，可實現(xiàn)實時控制輸出電流或者調(diào)光的亮度及整燈的開關(guān)控制，并且也可實時讀取系統(tǒng)的工作狀態(tài)，輸出狀態(tài)以及異常保護狀態(tài)。該通訊是采用半雙工的UART協(xié)議，用8個比特的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)通訊功能。這種實時通訊功能，可用于智能路燈或者智能室內(nèi)外照明應(yīng)用，方便集中控制，智能匯報每盞燈的工作狀態(tài)或者曾經(jīng)出現(xiàn)的異常保護，方便后期的維護。
圖9 實時通訊軟件界面
從圖9的實時通訊軟件可以看出，可實時了解IC的工作狀態(tài)，輸入電壓，輸出電壓電流以及調(diào)光狀態(tài)，并且也可通過軟件來實施開關(guān)機動作或者設(shè)置調(diào)光水平。
3． 通訊及參數(shù)配置工具
英飛凌數(shù)字控制IC具有通訊接口，可以使用提供的接口板(interface board)將目標(biāo)板和PC連接起來，用戶可以根據(jù)實際需要隨時自行修改參數(shù)，大大提高了系統(tǒng)設(shè)計的靈活性,縮短了系統(tǒng)開發(fā)時間。
典型參數(shù)配置系統(tǒng)及界面如圖10示。
圖10 參數(shù)配置系統(tǒng)典型設(shè)置及配置界面
在參數(shù)配置的軟件里，無需客戶研發(fā)工程師懂得軟件編程，只需要懂得硬件設(shè)計就可以很好的使用這個配置軟件。在配置軟件里，需要工程師輸入IC周邊硬件參數(shù)信息以及系統(tǒng)輸入輸出規(guī)格參數(shù)，然后把配置好的參數(shù)寫入IC，就可以開機測試。
4 結(jié)論
本文描述了英飛凌數(shù)字控制IC的概況，及其針對照明應(yīng)用要求開發(fā)的驅(qū)動芯片XDPL8221的大概情況。目前來說，XDPL8221能夠滿足絕大多數(shù)智能照明對控制芯片的要求。