超低功耗、無(wú)頻閃、無(wú)可聞噪聲的中高功率智能照明雙輸出調(diào)光方案

智能照明是智能家居、智能建筑等物聯(lián)網(wǎng)(IoT)細(xì)分領(lǐng)域中的關(guān)鍵構(gòu)建塊，通過(guò)智能地按需照明實(shí)現(xiàn)節(jié)能省電，涉及LED驅(qū)動(dòng)、智能調(diào)光、通信等技術(shù)。本文將介紹安森美半導(dǎo)體針對(duì)中高功率應(yīng)用的一個(gè)智能照明雙輸出調(diào)光方案，采用寬輸入、混合調(diào)光的高能效FL7760降壓控制器，結(jié)合行業(yè)最低功耗的藍(lán)牙低功耗(BLE)無(wú)線(xiàn)電系統(tǒng)單芯片(SoC)評(píng)估板RSL10-002GEVB，基于可配置的快速原型平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)發(fā)套件(IDK)或藍(lán)牙IDK(B-IDK)，輕易實(shí)現(xiàn)高能效、超低功耗、無(wú)頻閃、無(wú)可聞噪聲的智能照明雙輸出調(diào)光方案。

可配置的模塊化IDK：加快和簡(jiǎn)化應(yīng)用開(kāi)發(fā)

IDK是可配置的、節(jié)點(diǎn)到云的模塊化平臺(tái)，曾多次獲媒體獎(jiǎng)項(xiàng)并廣受行業(yè)好評(píng)，使設(shè)計(jì)人員在盡可能短的時(shí)間內(nèi)評(píng)估、開(kāi)發(fā)和推出高度差異化的IoT系統(tǒng)，應(yīng)用于廣泛的行業(yè)領(lǐng)域，包括智能照明、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療保健、家居/樓宇自動(dòng)化、工業(yè)控制和可穿戴式電子產(chǎn)品等。IDK集成硬件、軟件平臺(tái)和通用系統(tǒng)接口，提供寬廣的聯(lián)接、感知和控制配置選項(xiàng)，和基于Eclipse的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，采用ARM mbed處理器，獲亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(AWS)和微軟Microsoft Azure云認(rèn)證，提供增強(qiáng)的靈活性和安全性，設(shè)計(jì)人員可將IDK主板與不同的擴(kuò)展板(感知/互聯(lián)/致動(dòng))進(jìn)行擴(kuò)展配置，如本文介紹的智能照明雙輸出調(diào)光方案基于IDK，采用兩顆FL7760降壓控制器用于調(diào)光，配以RSL10評(píng)估板以聯(lián)接APP進(jìn)行調(diào)光控制。

圖1：IDK是可配置的、節(jié)點(diǎn)到云的模塊化平臺(tái)

圖2：采用兩個(gè)FL7760降壓控制器用于調(diào)光

圖3：RSL10評(píng)估板聯(lián)接APP以實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光

B-IDK：快速構(gòu)建藍(lán)牙低功耗無(wú)線(xiàn)應(yīng)用的原型平臺(tái)

藍(lán)牙低功耗(BLE)具備優(yōu)化的功耗且易于聯(lián)接到智能手機(jī)，是短距聯(lián)接設(shè)備的首選協(xié)議。B-IDK基于行業(yè)最低功耗的藍(lán)牙5無(wú)線(xiàn)電RSL10，并結(jié)合IDK能力，提供現(xiàn)成的示例代碼，易于連接到其它IDK子板以擴(kuò)展傳感和控制功能。

FL7760子板兼容B-IDK板(BDK-GEVK)，可通過(guò)PMOD連接器或Arduino連接器連接到基板。多個(gè)傳感器和致動(dòng)器子板可連接到BDK-GEVK以擴(kuò)展功能和實(shí)現(xiàn)各種藍(lán)牙低功耗IoT應(yīng)用開(kāi)發(fā)。

圖4：B-IDK板(BDK-GEVK)

FL7760：寬模擬+PWM混合調(diào)光，無(wú)頻閃、無(wú)可聞噪聲

調(diào)光是智能LED照明的一個(gè)重要功能，也是許多LED驅(qū)動(dòng)器支持的特性。這通常使用模擬電平設(shè)置光輸出或脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。FL7760是一款高能效的降壓控制器，用于中高功率照明應(yīng)用，以連續(xù)導(dǎo)通模式(CCM)運(yùn)行，提供8至60V的寬輸入電壓范圍，同時(shí)支持模擬調(diào)光和PWM調(diào)光。雖然PWM調(diào)光因快速開(kāi)關(guān)可能會(huì)出現(xiàn)不理想的頻閃和可聞噪聲，但提供寬調(diào)光范圍能力，F(xiàn)L7760支持1%至100%的全PWM調(diào)光范圍。模擬調(diào)光沒(méi)有PWM調(diào)光的缺陷，但通常調(diào)光范圍僅能達(dá)到15-100%，而FL7760的模擬調(diào)光范圍顯著擴(kuò)寬到5%至100%，這個(gè)范圍令模擬調(diào)光首次成為照明設(shè)計(jì)師的一個(gè)實(shí)用的選擇。FL7760的一個(gè)主要差異化創(chuàng)新在于，它能夠在需要低于5%模擬調(diào)光下限進(jìn)行調(diào)光時(shí)，無(wú)縫地結(jié)合模擬和PWM，提供混合調(diào)光，從而能夠提供全范圍調(diào)光功能，消除頻閃和可聞噪聲問(wèn)題。

FL7760提供2MHz的高開(kāi)關(guān)頻率，有利于縮減外形，且待機(jī)功耗低，還集成熱關(guān)斷、過(guò)流保護(hù)、欠壓鎖定等豐富的保護(hù)特性。

通過(guò)BLE無(wú)線(xiàn)電聯(lián)接APP進(jìn)行調(diào)光控制：靈活、超低功耗

RSL10是超低功耗、極靈活的多協(xié)議2.4GHz無(wú)線(xiàn)電，采用雙核處理器(ARM? Cortex?-M3處理器、32位Dual-Harvard數(shù)字信號(hào)處理DSP系統(tǒng))，支持BLE技術(shù)和2.4GHz專(zhuān)有協(xié)議棧，深度睡眠模式下功耗僅62.5nW，峰值接收功耗僅7mW，其高能效獲行業(yè)最高的EEMBC? ULPMark?評(píng)分。

RSL10評(píng)估板用于評(píng)估和開(kāi)發(fā)基于BLE的應(yīng)用，兼容Arduino，支持PMOD接口，具有板載J-Link用于簡(jiǎn)單的調(diào)試，備用的板載串行線(xiàn)或JTAG(SWJ-DP)用于ARM? Cortex? -M3處理器調(diào)試，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的0.1英寸header接入RSL10的所有外設(shè)，板載的4位電平轉(zhuǎn)換器將RSL10的I/O信號(hào)電平轉(zhuǎn)換為3.3V數(shù)字邏輯電平，具有天線(xiàn)匹配和濾波網(wǎng)絡(luò)并集成PCB天線(xiàn)。

測(cè)試裝置

經(jīng)測(cè)試，該方案提供超低功耗，滿(mǎn)足嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)，且達(dá)2MHz的高開(kāi)關(guān)頻率實(shí)現(xiàn)較小外形，PWM調(diào)光范圍1%至100%，模擬調(diào)光范圍5%至100%，通過(guò)PWM+模擬的混合調(diào)光消除頻閃和可聞噪聲。

圖5：智能照明雙輸出調(diào)光方案測(cè)試裝置

總結(jié)

設(shè)計(jì)人員在開(kāi)發(fā)智能照明調(diào)光方案時(shí)面臨能效、頻閃和可聞噪聲等挑戰(zhàn)，且需具備相應(yīng)的通信技術(shù)專(zhuān)知。安森美半導(dǎo)體的該方案基于模塊化、可配置的原型平臺(tái)，簡(jiǎn)化和加快開(kāi)發(fā)，采用高能效的混合調(diào)光降壓控制器FL7760提供全調(diào)光范圍功能，配合行業(yè)最低功耗的BLE無(wú)線(xiàn)電評(píng)估板RSL10-002GEVB，解決上述挑戰(zhàn)，輕易實(shí)現(xiàn)高能效、超低功耗、無(wú)頻閃、無(wú)可聞噪聲的智能照明雙輸出調(diào)光方案。