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STLUX系列照明控制器,实现PWM控制的高效智能照明!

2018-01-04 15:56更新
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  • 原厂资讯
  • STLUX系列照明控制器
  • SMED的状态转换

发光二极管(LED)已迅速成为许多照明应用的首选。LED优于其他的一个重要点是其可控性,尽管这需要使用电子电路并且充分利用技术。照明系统不仅需要对LED进行有效的控制,而且还需要能够自动响应环境光线等条件的变化,通过网络连接发送需求变化。靠近照明组件的传感器可以确定最合适的人造照明水平,以避免浪费功率的情况。例如在智能温室、高棚照明和路灯等应用中,LED可以关闭并随着黑暗的增加而逐渐上线;在远离窗户的仓库角落等较暗的地方可以安全高效地照亮。


实际影响?

原则上,由LED提供的亮度易于控制,因为LED的光输出近似为正向电流的线性函数。为了提供一致的照明,LED需要恒定的驱动电流。所需的电流量不仅取决于LED,还取决于环境因素。通常,亮度对电流曲线增加,但是电流的增加导致LED结温升高,过高的结温会导致光输出降低,并且降低总体效率。

提供给LED的电流并不总是保持恒定。相反,高频开关被用来传送平均电流脉冲到接近恒定的电平。大多数LED照明设计采用脉宽调制(PWM)来提供电流控制。在目标亮度水平下,基于PWM的LED功率控制的常见配置是计算固定关闭时间。然后,电路根据电流测量结果改变施加功率以适应条件的时间。固定关断时间方法的优点是纹波电流和平均电流水平仅取决于关断时间和LED正向电压。软件算法可以通过实现自适应电压补偿来补偿这些影响。该算法监视LED上的电压降并调整关闭时间长度,然后通过调节供应的峰值电流来控制平均LED电流(LED串供电的MOSFET被接通时测量)。


STLUX系列照明控制器?

ST意法半导体的STLUX系列照明控制器通过固定的关断时间控制,借助改进的降压拓扑功率转换器,可以独立驱动多达6个LED灯串。事件驱动(SMED)技术是STLUX系列照明控制器中采用的控制策略的核心。这使得控制器可以操作多个LED串,每个LED都有自己的PWM发生器,并且能够独立地对外部和内部事件作出反应,而无需软件干预。内置微控制器对SMED单元进行配置和编程。该微控制器基于ST8微架构,基于CISC设计,具有高代码密度,并提供低功耗优化。

article-2017december-efficient-smart-lighitng-fig1

SMED单元与主管核心和I / O之间的关系

STLUX中的六个SMED中的每一个都在四种状态之间切换,在需要冻结PWM时钟直到满足退出条件的情况下,增加了保持状态。 其中一个应用是调光。 当监控决定开始调光占空比的关闭状态时,SMED进入保持状态。 当关闭状态计时器达到其极限时,SMED切换回正常操作,以进行正常的,精确的PWM电压控制。


状态转换?

运动可以在四种状态中的任何一种之间进行,编程到SMED控制中的条件何时以及如何将状态机转换到新的目标状态,SMED可以链接起来构建更复杂的状态机,在这里完全独立的控制 每个字符串不是必需的。

article-2017december-efficient-smart-lighitng-fig2

SMED单元可能的状态转换

使用96MHz的工作频率,PWM的最大分辨率为1.3ns。SMED架构可让控制器在10ns内对事件作出反应。为了支持固定的关断时间配置,基本的SMED提供了足够的状态来处理核心PWM周期以及故障响应和恢复。当前的峰值电平由一个比较器检测,输入SMED。该比较器接收当前输入检测信号并将其与内部DAC值进行比较。当比较器引脚上的电压高于DAC值时,比较器输出引脚的输出变高。在其他时候,产量仍然很低。调光可以使用第二层PWM控制进行处理。但是,可以使用软件来处理周期,因为它涉及比当前管理PWM算法所需的控制回路慢得多的控制回路。为了最大限度地减少明显的闪烁,200 Hz的切换速率就足够了,每秒钟切换为5ms周期。在每个插槽中允许PWM周期运行的时间量决定了LED串的整体亮度级别。

使用独立的LED灯串,调光周期可以相位偏移。这有助于平衡功耗,并进一步减少整体照明阵列的明显闪烁。通过这样的相移,LED串在不同的时间开启和关闭。为了驱动调光控制,可以使用STMR内部定时器定期产生中断。尽管照明单元可以设计成独立运行,但是智能照明的好处是支持远程或联网控制。一个照明镇流器和控制器网络允许高度的灵活性。例如,当办公室或仓库环境中的分区改变时,控制器可以容易地重新编程以将照明镇流器分成不同的组。


关于DALI?

数字可寻址照明接口(DALI)是一种广泛接受的控制照明系统的国际标准。 DALI的主要优势包括简单的布线拓扑结构,以及单独或作为组的一部分处理照明单元的能力。因此,DALI适合旧的1 - 10伏模拟接口和复杂的基于网络的照明控制系统。 DALI的使用不妨碍集成到网络中。然而,大型系统通常通过将灯具集中在通过诸如6LowPAN,以太网或线程之类的物联网网络在宏观尺度上互连的DALI关联组中来进行架构。

通常,DALI小组将包括连接到本地控制面板的DALI控制单元以及能够检测存在和环境光水平的各种传感器。 DALI控制单元然后使用IoT类型协议与建筑物管理系统进行通信。 DALI单元可以使用星形或串行拓扑连接。串行拓扑在需要覆盖较长线性距离的系统(如街道照明)以及仓库等设施中具有优势。在串行连接方案中,每个DALI单元通过串行链路连接到最近的邻居。命令沿着串行总线传递,以便每个DALI单元可以通过广播命令寻址。最大电缆长度由其长度上的电压降决定,标准中定义为最大2伏。对于横截面积为1.5平方毫米的电缆,这相当于大约300米。

DALI协议控制照明254个步骤从关闭到最大。预计照明单元将遵循对数亮度曲线。为了支持照明级别的渐变,协议让控制器在几秒钟内设置渐变时间。然后,控制器可以发出命令让单个镇流器逐步增加或减少照度,直到达到设定值。为了便于维护,镇流器可以使用状态信息向控制器报告问题,例如指示灯不亮。在采光情况下,控制器可以使用其自己的传感器来完全控制照明,以确定每个镇流器的最佳照明水平。其他传感器可以连接到I2C接口或由控制器使用,以确定何时发送DALI命令以支持更高级的控制策略。例如,在街道或停车位照明网络中,可以使用运动传感器来在汽车或人员经过之前增加照明,然后再将其放置到最小的不活动设置。


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