【導讀】智能照明被視為全球照明行業(yè)的新領(lǐng)域，因為智能家居、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和互聯(lián)世界的發(fā)展趨勢是全球電子產(chǎn)品增長(cháng)的主要驅動(dòng)因素。業(yè)界目前對智能照明概念的應用主要集中在光強度調光、照明色溫調節、環(huán)境感測和監測方面。但將來(lái)，智能照明的應用范圍將遠不止這些，智能照明設備可以用作集線(xiàn)器，作為關(guān)鍵部件，集成到物聯(lián)網(wǎng)系統和智能家居/智能自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò )中（1）。
本文將重點(diǎn)介紹智能照明（尤其是智能燈泡）的電源解決方案。
政府部門(mén)安裝智能照明系統的舉措、無(wú)線(xiàn)控制的普及和人們負擔能力的增長(cháng)，以及人們不斷認識到智能照明系統的益處，這些也是推動(dòng)全球智能照明解決方案需求不斷增長(cháng)的關(guān)鍵因素。 根據Research and Markets在2017年的一項研究，全球智能照明市場(chǎng)總規模2017年為68億美元，到2022年，預計將以25.44％的復合年增長(cháng)率增長(cháng)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(jiàn)圖1）。一個(gè)恒定電流（CC）LED驅動(dòng)器（例如MPS MP4027）驅動(dòng)恒定電壓（CV）降壓驅動(dòng)器（例如MPS MP15x和MP17x）以及主LED；同時(shí)提供5V或3.3V電壓，為 Zigbee / Wifi /藍牙/其他收發(fā)器IC和主微處理器提供電源。微處理器以及收發(fā)器IC，允許終端用戶(hù)使用移動(dòng)設備遠程控制照明。該控制模塊發(fā)送脈沖寬度調制（PWM）或其他數字信號（例如I 2C）來(lái)控制LED驅動(dòng)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(lái)很理想，但其功率級面臨兩個(gè)挑戰：進(jìn)一步縮小解決方案尺寸，以及進(jìn)一步降低待機功耗。
A19和PAR燈泡尺寸符合行業(yè)標準，不會(huì )再增大。在普通燈泡上添加智能照明功能就意味著(zhù)設計人員必須將更多的電子器件擠入同一空間，這是一個(gè)很大的挑戰，而且空間限制可能會(huì )迫使設計人員使用更少的LED或更少的LED電源來(lái)簡(jiǎn)化熱管理。有時(shí)，設計人員必須定制PCB的形狀來(lái)容納所有必需的電子器件，導致組裝成本增加。
此外，客戶(hù)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(chǎn)品在嚴格的能耗標準之下具有一定吸引力或有銷(xiāo)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(guò)75mW。預計在不久的將來(lái)，智能照明產(chǎn)品也將被期望滿(mǎn)足某些能源規范（5）。目前，由于使用了無(wú)線(xiàn)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，待機損耗只能從功率級中節省下來(lái)。
為了進(jìn)一步縮小智能照明電路的尺寸并降低待機損耗，圖2給出了更佳的集成總電源解決方案。在這個(gè)方案中，CV和CC電路可以合并為單芯片解決方案，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(guò)采用圖2所示的解決方案，電路設計人員可以省掉一個(gè)控制IC、一個(gè)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(jiàn)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(shí)現低于20mW的系統待機功率，因為其電源部分高度集成，并且在空載或輕載情況下，可以通過(guò)優(yōu)化的最小工作頻率，在電源關(guān)閉時(shí)使更多的IC模塊處于休眠狀態(tài)。
圖4總結了MP4057A的工作模式。啟動(dòng)期間，VDD由N_Forward繞組供電。然后IC通過(guò)監視DIM引腳（由MCU本身控制）來(lái)確定它應該以CV模式運行（僅在LED熄滅時(shí)為MCU供電）還是以CC模式運行（為MCU和LED同時(shí)供電）。
在CV模式下（DIM引腳為低電平），VCC為IC供電?？梢哉{整N_flyback和Ns繞組的比率，以使LED在CV模式下不會(huì )點(diǎn)亮。 另外，通過(guò)一種智能調頻算法來(lái)確保低待機功耗和對LED負載變化的快速瞬態(tài)響應，并確保MCU電源上不會(huì )產(chǎn)生壓降，以及在CV / CC轉換期間LED不會(huì )閃爍。
圖4: 控制方法參考
如果DIM感測到來(lái)自MCU的PWM信號以控制調光，則IC進(jìn)入CC模式。通過(guò)讀取DIM來(lái)調制反饋電壓，并根據DIM占空比修改LED電流，同時(shí)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調光深度限制為5％，以提供足夠的電壓來(lái)驅動(dòng)MCU。 通過(guò)設置電流檢測電阻（Rs1和Rs2）的比率，Vo電源環(huán)路與主LED電流環(huán)路解耦。
至于LED電流控制，該解決方案實(shí)現了恒定導通時(shí)間（COT）控制模式，該模式保證了高功率因數。 開(kāi)/關(guān)過(guò)渡發(fā)生在谷值切換期間（通過(guò)零電流檢測（ZCD）引腳進(jìn)行檢測），以消除導通損耗和二極管反向恢復損耗，這也稱(chēng)為過(guò)渡模式控制。 該IC還包括其他功能，例如最短關(guān)斷時(shí)間（以改善EMI）、前沿消隱、過(guò)壓保護（OVP）、過(guò)流保護（OCP）、過(guò)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(xiàn)性度極佳的PWM調光性能。 圖7顯示了適用于所有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(cháng)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系統密度和更低的成本。 要了解完整的AC / DC和照明控制器產(chǎn)品系列，請訪(fǎng)問(wèn) LED Lighting & Illumination page ，或聯(lián)系當地的MPS銷(xiāo)售部門(mén)。
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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