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剖析:如何设计简单灵活的小功率智能LED灯

2015-11-26 16:42
雷本祖
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  智能照明是指利用计算机、无线通信数据传输、扩频电力载波通信技术、计算机智能化信息处理及节能型电器控制等技术组成的分布式无线遥测、遥控、遥讯控制系统,来实现对照明设备的智能化控制。智能化是LED 照明灯具未来的发展方向。智能LED 灯具有灯光亮度的强弱调节、色温控制、灯光软启动、定时控制、场景设置等功能。

  虽然智能LED灯有许多优点,但还存在方案复杂、寿命短、成本高的一些问题。正是基于对以上问题的思考,本产品的方案,选择了集成度高、具有数字接口的多路线性高压恒流驱动IC 作为高压灯珠的驱动电源,采用低功耗蓝牙4.0BLE 模块实现LED 灯的智能控制和通信功能。

  一、智能LED 灯的总体方案

  智能LED 灯通过硬件和软件的设计,实现的功能包括: 1) 色彩调节。1 600 万种颜色可自由选择,可根据用户需求生成所需要的颜色;2) 亮度调节。调光的数量介于全灭( 0) 及全亮( 255) 数值之间,即具有256级亮度调节;3) 色温调节。输出单路黄光LED 控制,根据需要的应用场景调整黄光亮度控制色温,提供冷白和暖白双色照明;4) 提供智能手机支持的APP 软件,实现蓝牙无线控制LED 灯;5) 可选择手机APP 中预置的不同情景模式,满足不同场景的照明色彩需要;6) 总功率不超过9 W 的球泡灯,可用手机蓝牙无线连接和控制。

  根据上述的功能需求,设计的系统如图1 所示,主要包括以下几个功能单元: 电源管理,提供系统所需要的不同大小和类型的电源; 蓝牙4.0BLE 控制模块,实现和智能手机之间的无线通信,还要和高压线性恒流驱动IC 通过IIC 协议进行通信,完成各种控制功能; 高压线性恒流驱动模块,接收蓝牙4.0BLE 的命令,通过PWM 方式输出恒流,并通过输出电流的大小,实现对高压RGB LED 灯珠组合的色彩变化控制。

  二、智能LED灯的硬件设计

  2.1 电源设计

  系统需要两种电源,分别是给蓝牙4.0BLE 模块供电的3.3 V 电源和给高压灯珠提供的直流220 V 左右电源。交流220 V 供电输入,经过全波整流、滤波之后成为直流电压。理想情况下,该电压平均值是198 V 左右,需要经过降压AC /DC 芯片降压到直流3.3 V 输出,给蓝牙4.0BLE 供电。蓝牙4.0BLE模块回路最大工作电流不超过10 mA,在设计时,考虑到降额70%设计,LDO 降压芯片最大输出的电流在15 mA 左右。

  选择小功率开关电源的恒压功率开关芯片SM7205 作为降压AC /DC,在全电压90 Vac ~ 264 Vac范围内,输出电压3.3 V,其最大输出电流高达1.2 A。在不同负载下,在恒压精度范围内满足蓝牙4.0BLE对供电电源的要求。为了保证电源输出精度,电阻R1和R2选择精度为1%的贴片电阻。为了增强EMC 性能,在220 V 交流输入回路中需防雷、防浪涌保护电路( 见图2) 。

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