本文將重點介紹智能照明（尤其是智能燈泡）的電源解決方案。

 

政府部門安裝智能照明係統的舉措、無(wu)線(xian)控(kong)製(zhi)的(de)普(pu)及(ji)和(he)人(ren)們(men)負(fu)擔(dan)能(neng)力(li)的(de)增(zeng)長(chang)，以(yi)及(ji)人(ren)們(men)不(bu)斷(duan)認(ren)識(shi)到(dao)智(zhi)能(neng)照(zhao)明(ming)係(xi)統(tong)的(de)益(yi)處(chu)

，這(zhe)些(xie)也(ye)是(shi)推(tui)動(dong)全(quan)球(qiu)智(zhi)能(neng)照(zhao)明(ming)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)需(xu)求(qiu)不(bu)斷(duan)增(zeng)長(chang)的(de)關(guan)鍵(jian)因(yin)素(su)。 根據Research and Markets在2017年的一項研究，全球智能照明市場總規模2017年為68億美元
，到2022年，預計將以25.44％的複合年增長率增長到212億美元（2）。

 

參考一些商用智能燈泡的拆解報告（例如Cree Connected Bulb（3）或Philips Hue（4）），智能燈泡的主要結構基本一樣（請參見圖1）。一個恒定電流（CC）LED驅動器（例如MPS MP4027）驅動恒定電壓（CV）降壓驅動器（例如MPS MP15x和MP17x）以及主LED；同時提供5V或3.3V電壓，為 Zigbee / Wifi /藍牙/其他收發器IC和主微處理器提供電源。微處理器以及收發器IC，允許終端用戶使用移動設備遠程控製照明。該控製模塊發送脈衝寬度調製（PWM）或其他數字信號（例如I 2C）來控製LED驅動器的調光。

 

圖1：目前主流的智能照明電源結構

 

盡管這種拓撲看起來很理想

，但其功率級麵臨兩個挑戰：進一步縮小解決方案尺寸，以及進一步降低待機功耗。

 

A19和PAR燈(deng)泡(pao)尺(chi)寸(cun)符(fu)合(he)行(xing)業(ye)標(biao)準(zhun)


，不(bu)會(hui)再(zai)增(zeng)大(da)。在(zai)普(pu)通(tong)燈(deng)泡(pao)上(shang)添(tian)加(jia)智(zhi)能(neng)照(zhao)明(ming)功(gong)能(neng)就(jiu)意(yi)味(wei)著(zhe)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)必(bi)須(xu)將(jiang)更(geng)多(duo)的(de)電(dian)子(zi)器(qi)件(jian)擠(ji)入(ru)同(tong)一(yi)空(kong)間(jian)，這(zhe)是(shi)一(yi)個(ge)很(hen)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)，而(er)且(qie)空(kong)間(jian)限(xian)製(zhi)可(ke)能(neng)會(hui)迫(po)使(shi)設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)使(shi)用(yong)更(geng)少(shao)的(de)LED或更少的LED電源來簡化熱管理。有時，設計人員必須定製PCB的形狀來容納所有必需的電子器件，導致組裝成本增加。

 

此外，客戶和立法機構也逐漸意識到待機功耗的重要性。 設計人員被期望設計出具有超低待機功耗的智能照明設備
，從而使產品在嚴格的能耗標準之下具有一定吸引力或有銷路。例如，歐洲CoC Tier2要求額定功率在49W以下的所有外部電源待機損耗不超過75mW。預計在不久的將來，智能照明產品也將被期望滿足某些能源規範（5）。目前
，由於使用了無線電路電源，許多智能燈泡具有很高的待機損耗
，這是不可避免的，因此，待機損耗隻能從功率級中節省下來。

 

為了進一步縮小智能照明電路的尺寸並降低待機損耗，圖2給出了更佳的集成總電源解決方案。在這個方案中，CV和CC電路可以合並為單芯片解決方案
，從而縮小電路BOM和待機損耗 。

 

圖2: 智能燈泡從現有功率級向新的電源解決方案轉換

 

通過采用圖2所示的解決方案
，電路設計人員可以省掉一個控製IC
、一個外部電感器以及其他電阻器和電容器，從而將智能燈泡電源部分的PCB空間和BOM成本降低至少20％至30％（ 參見圖3）。

 

圖3: 現有功率級和新的電源解決方案BOM比較

 

此外，該解決方案可以實現低於20mW的係統待機功率
，因為其電源部分高度集成，並且在空載或輕載情況下，可以通過優化的最小工作頻率，在電源關閉時使更多的IC模塊處於休眠狀態。

 

圖4總結了MP4057A的工作模式。啟動期間
，VDD由N_Forward繞組供電。然後IC通過監視DIM引腳（由MCU本身控製）來確定它應該以CV模式運行（僅在LED熄滅時為MCU供電）還是以CC模式運行（為MCU和LED同時供電）。

 

在CV模式下（DIM引腳為低電平），VCC為IC供電。可以調整N_flyback和Ns繞組的比率，以使LED在CV模式下不會點亮。 另外，通過一種智能調頻算法來確保低待機功耗和對LED負載變化的快速瞬態響應
，並確保MCU電源上不會產生壓降，以及在CV / CC轉換期間LED不會閃爍。

 

圖4: 控製方法參考

 

如果DIM感測到來自MCU的PWM信號以控製調光，則IC進入CC模式。通過讀取DIM來調製反饋電壓，並根據DIM占空比修改LED電流

，同時保持CV輸出恒定。與CC模式一樣，MCU Vo引腳也必須足夠高，因此IC的最小LED調光深度限製為5％
，以提供足夠的電壓來驅動MCU。 通過設置電流檢測電阻（Rs1和Rs2）的比率
，Vo電源環路與主LED電流環路解耦。

 

至於LED電流控製，該解決方案實現了恒定導通時間（COT）控製模式

，該模式保證了高功率因數。 開/關過渡發生在穀值切換期間（通過零電流檢測（ZCD）引腳進行檢測）
，以消除導通損耗和二極管反向恢複損耗，這也稱為過渡模式控製。 該IC還包括其他功能，例如最短關斷時間（以改善EMI）、前沿消隱、過壓保護（OVP）、過流保護（OCP）、過熱保護（OTP）等。

 

圖5顯示了LED負載效率和功率因數性能，圖6顯示了線性度極佳的PWM調光性能。 圖7顯示了適用於所有PAR燈的8W參考設計電路板。另外，MP4057A為MCU提供3.3V電源
，而MP4057B提供5V電源。

 

圖5: LED負載效率和典型功率因數

 

圖6: PWM調光率

 

圖7： EV4057A-K-00A評估板：

（長x寬x高）66mm x 25mm x 15mm

230Vac / 50Hz輸入，隔離式反激變換器，VLED = 21V，ILED = 0.37A，Vo = 3.3V
，Io = 50mA

 

綜上所述
，與現有解決方案相比，受IP保護的解決方案具有更高的係統密度和更低的成本。 要了解完整的AC / DC和照明控製器產品係列
，請訪問 LED Lighting & Illumination page ，或聯係當地的MPS銷售部門。 

 

1. http://www.researchandmarkets.com/research/8bnwls/smart_lighting

2. Lighting, LED and smart lighting market overview: https://energy.gov/sites/prod/files/2016/02/f29/smallwood_mktadoption_raleigh2016.pdf

3. Cree Connected LED Bulb Teardown: https://www.youtube.com/watch?v=q-hLMCeCnj0

4. Philips HUE (2016) LED Bulb Teardown: https://www.youtube.com/watch?v=4L1ZqvQ2qVU

5. New group pushes standards for IoT luminaires 2017/05: http://www.ledsmagazine.com/articles/2017/05/new-group-pushes-standards-for-iot-luminaires.html

 

 

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