加強(qiáng)LED智能化,改善其發(fā)光質(zhì)量、效率與成本
對(duì)實(shí)際使用情況的數(shù)據(jù)記錄能讓操作人員精確地調(diào)節(jié)自己的運(yùn)行成本規(guī)劃、維護(hù)資源以及未來(lái)投入。它還能夠?qū)崿F(xiàn)更先進(jìn)的前瞻性診斷。動(dòng)態(tài)高能耗或需要大量更換燈泡,這些問題如果能提早告知操作人員,就可以在它們推高運(yùn)行與維護(hù)成本以前,盡快加以處理。
連接能力也是很多照明系統(tǒng)的基礎(chǔ), 尤其是娛樂應(yīng)用。這個(gè)市場(chǎng)中已有了很多通信標(biāo)準(zhǔn), 包括DALI、DMX512和KNX,而支持這些協(xié)議的設(shè)備就擁有了一種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
電力線通信
PLC(電力線通信)即讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行在為設(shè)備供電的相同電源線上,而無(wú)需裝設(shè)獨(dú)立電纜作為通信鏈路,這是照明應(yīng)用的一種重要技術(shù)。對(duì)于不需要全套PLC 功能集的應(yīng)用, PLC -Lite是一種靈活的替代方法,它以較低的數(shù)據(jù)速率提供了簡(jiǎn)捷性,并降低了協(xié)議開銷。開發(fā)人員能夠以低得多的每鏈路成本實(shí)現(xiàn)PLC-Lite,小于PLC的一些更復(fù)雜變型,如G3或PRIME(電力線智能讀表演化)。
由于PLC-Lite不是一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn),開發(fā)人員可以利用它的靈活性優(yōu)化某個(gè)通道特性的實(shí)現(xiàn),以提高那些需要處理電力線干擾環(huán)境下的鏈路強(qiáng)健性。PLC-Lite非常適用于需要低成本但有強(qiáng)健通信通道的應(yīng)用,如家庭網(wǎng)絡(luò)中的單只燈泡或墻上開關(guān)。
開發(fā)人員還可以采用射頻技術(shù),以無(wú)線方式連接各個(gè)設(shè)備。通過模塊化結(jié)構(gòu),設(shè)備可以采用任何最適合客戶需求的連接。無(wú)論鏈接是采用PLC或Wi-Fi,數(shù)據(jù)都通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I2C或SPI端口傳送給微控制器。
集成化優(yōu)勢(shì)
為降低系統(tǒng)成本,開發(fā)人員需要一種有足夠處理能力的微控制器,用一只微控制器就能實(shí)現(xiàn)功率級(jí)、LED控制、傳感器輸入以及遠(yuǎn)程連接能力。通常情況下,一個(gè)集成了所有系統(tǒng)控制器的單芯片設(shè)計(jì)要比需要多MCU的方案價(jià)格更低。
不過,有些照明系統(tǒng)中存在著高電壓和低電壓,通常需要在PFC和DC/DC之間有一種隔離邊界(圖3)。這種情況下,采用兩只微控制器可能更容易些,兩只微控制器通過I2C或SPI接口實(shí)現(xiàn)跨隔離邊界的通信。如果設(shè)計(jì)是非隔離的,則用同一只微控制器實(shí)現(xiàn)PFC和DC/DC轉(zhuǎn)換功能就相對(duì)簡(jiǎn)單些。
當(dāng)為LED設(shè)計(jì)使用單個(gè)微控制器時(shí),最好是有一種適合于廣泛應(yīng)用的高性能架構(gòu),這樣針對(duì)數(shù)字功率控制的設(shè)計(jì)就能支持各種電源結(jié)構(gòu)。微控制器最好集成有以下功能:
(1) 高精度PWM生成以及占空比控制,以及高精度的死區(qū),以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率級(jí)的更高效、更高性能控制。先進(jìn)PWM提供了生成非常精準(zhǔn)彩色輸出以及調(diào)光級(jí)的能力。例如, 通過1 6 路PWM輸出,微控制器可以獨(dú)立地控制多達(dá)16個(gè)單獨(dú)LED串。
(2) 提供高達(dá)4.6M采樣/s采樣與轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。A/D模塊與PWM相結(jié)合,使工程師能夠創(chuàng)造出一個(gè)嚴(yán)密的反饋回路,對(duì)不斷變化的系統(tǒng)與周圍工作條件做出快速反應(yīng)。
(3) 內(nèi)置故障保護(hù)機(jī)制,處理過流和過壓情況。PWM故障跳閘區(qū)使系統(tǒng)能夠在意外系統(tǒng)狀況下, 繞開CPU并用一個(gè)預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)替代PWM信號(hào),從而防止系統(tǒng)損壞。
(4) I2C 、SPI 、UART 、USB與CAN外設(shè)具有已生產(chǎn)就緒的固件驅(qū)動(dòng),滿足大多數(shù)LED應(yīng)用的連接需求。
德州儀器公司的C2000Piccolo 平臺(tái)是用于LED照明設(shè)計(jì)的集成微控制器的例子(圖4) .32位TMS320C28x核心提供了微控制器器件中的數(shù)字信號(hào)處理能力,具有經(jīng)優(yōu)化的算術(shù)運(yùn)算、用于實(shí)時(shí)控制的中斷驅(qū)動(dòng)架構(gòu),以及能響應(yīng)變化事件的可編程靈活性。TI的集成CLA(控制規(guī)齒加速器)是一個(gè)獨(dú)立核心,在無(wú)需增加成本或第二只MCU開銷的前提下,實(shí)現(xiàn)了雙核運(yùn)行。CLA能夠獨(dú)立于C28xDSP運(yùn)行,其設(shè)計(jì)可完成高效的并行處理。
Piccolo 微控制器將一個(gè)照明系統(tǒng)的功能劃分為C28x核心和CLA核心, 用一只芯片實(shí)現(xiàn)了完整的智能LED控制器。例如, CLA 可以用于運(yùn)行PLC 算法, 而同時(shí)C28x核心則專注于數(shù)字功率轉(zhuǎn)換以及LED串控制。對(duì)于需要更先進(jìn)或更高帶寬PLC 的應(yīng)用, 還有一個(gè)供Piccolo F2806x微控制器使用的集成式Viterbi復(fù)雜算術(shù)單元(VCU) .該VCU 專門針對(duì)PLC 算法做了調(diào)整,與沒有VCU情況相比,可以使PLC處理速度提高6倍。
很多公司都提供開發(fā)軟硬件,幫助工程師們?cè)u(píng)估和設(shè)計(jì)出各種LED照明應(yīng)用,從小電壓的輔助供電系統(tǒng),直到有遠(yuǎn)程連接功能的高電壓全交流供電系統(tǒng)。TMDSIACLEDCOMKITacLED照明與通信開發(fā)人員套件就提供了一個(gè)完整的平臺(tái), 可加快交流供電的智能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì),使其具有高的工作效率( 約90% ) ,并完全支持遠(yuǎn)程連接以及照明通信協(xié)議。
附文:LED的優(yōu)點(diǎn)
照明行業(yè)正在所有領(lǐng)域轉(zhuǎn)向LED技術(shù),以獲得LED優(yōu)于白熾燈、緊湊型熒光燈,甚至高壓鈉燈的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括:
更高效率:LED有高的流明/瓦性能, 較傳統(tǒng)光源大大節(jié)省了能耗。
較少維護(hù):LED的壽命在5萬(wàn)小時(shí)水平,因此幾乎不需要頻繁的更換與維護(hù)。
直接照明:當(dāng)光源可以直接照射時(shí),照亮一個(gè)區(qū)域需要的光輸出就較低。LED 的光線旁漏較少,因此降低了光“污染”,優(yōu)于其它光源。
抵御振動(dòng):對(duì)街燈等應(yīng)用很重要,因?yàn)橥獠孔饔昧赡苡绊懸槐K燈的工作壽命。
更安全的技術(shù):LED不包含水銀, 較其它照明技術(shù)對(duì)環(huán)境更加安全。
智能控制:LED照明系統(tǒng)可以支持先進(jìn)的功能,提高效率,以及更優(yōu)化的照明。這些功能從自動(dòng)調(diào)光直到自動(dòng)適配當(dāng)前環(huán)境光,以及自適應(yīng)的每日定時(shí)運(yùn)行,以獲得最大的節(jié)能效果。
快速工作:LED可以快速地完成開/閉轉(zhuǎn)換,并且具有較短的起動(dòng)時(shí)間。
評(píng)論