基于T5L1芯片的可調(diào)功率LED電源設(shè)計(jì)方案

引言

隨著LED技術(shù)的不斷發(fā)展，其在照明領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。為了提高電源利用率、減少電源諧波、降低LED工作中存在的頻閃和功率因數(shù)低等問(wèn)題，設(shè)計(jì)一款高效、穩(wěn)定的可調(diào)功率LED電源顯得尤為重要。本文基于迪文T5L1芯片，設(shè)計(jì)了一款可調(diào)功率LED電源方案，詳細(xì)介紹了主控芯片的型號(hào)、作用以及設(shè)計(jì)過(guò)程。

主控芯片型號(hào)及作用

T5L1芯片簡(jiǎn)介

T5L1是迪文公司推出的一款高性能嵌入式主控芯片，適用于多種智能設(shè)備的控制和顯示。該芯片具備高頻率運(yùn)行能力，AD模擬采樣穩(wěn)定，誤差小，支持多種接口和通信協(xié)議，是設(shè)計(jì)復(fù)雜電子系統(tǒng)的理想選擇。

型號(hào)：T5L1

作用：

1. 核心控制：T5L1作為整機(jī)控制核心，負(fù)責(zé)接收并處理觸控、ADC采集、PWM控制信息，驅(qū)動(dòng)液晶屏實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前狀態(tài)。

2. 高速運(yùn)行：高頻率運(yùn)行能力保證了系統(tǒng)的高效運(yùn)行，提高了處理速度。

3. 穩(wěn)定采樣：AD模擬采樣穩(wěn)定，誤差小，保證了數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。

4. 多種接口：支持TYPE C直連PC機(jī)進(jìn)行調(diào)試、程序燒錄，支持高速OS核接口、16bit并口，UI核PWM口、AD口引出，方便設(shè)計(jì)應(yīng)用。

硬件電路設(shè)計(jì)

1. MCU邏輯供電和模擬供電

MCU邏輯供電和模擬供電分別使用3.3V電源，其中C18, C26, C27, C28, C29, C31, C32, C33為邏輯供電電容，C35為模擬供電電容。

• 邏輯供電：MCU邏輯供電通過(guò)多個(gè)電容并聯(lián)，確保供電穩(wěn)定。

• 模擬供電：MCU模擬供電通過(guò)獨(dú)立電容C35，確保模擬電路的供電穩(wěn)定，減少干擾。

2. AD模擬信號(hào)采集電路

AD模擬信號(hào)采集電路用于采集模擬信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理。CP1為AD模擬輸入濾波電容，為了減少采樣誤差，MCU的模擬地和數(shù)字地獨(dú)立分開(kāi)，CP1的負(fù)極必須最小阻抗連接到MCU模擬地，晶振的2顆并聯(lián)電容接到MCU模擬地。

• 濾波電容：CP1用于濾除輸入信號(hào)的噪聲，提高采樣精度。

• 模擬地和數(shù)字地：獨(dú)立分開(kāi)，減少干擾，提高采樣穩(wěn)定性。

3. 蜂鳴器電路

蜂鳴器電路用于聲音報(bào)警，C25為蜂鳴器供電電容。蜂鳴器是電感器件，工作時(shí)會(huì)有尖峰電流，為了降低尖峰，需把蜂鳴器MOS驅(qū)動(dòng)電流調(diào)小，使MOS管工作在線(xiàn)性區(qū)域，并設(shè)計(jì)電路讓它工作在開(kāi)關(guān)模式。注意R18需并聯(lián)在蜂鳴器兩端，用于調(diào)節(jié)蜂鳴器聲音品質(zhì)，使蜂鳴器聲音清脆悅耳。

• 供電電容：C25提供蜂鳴器所需的供電電壓。

• 調(diào)節(jié)電阻：R18用于調(diào)節(jié)蜂鳴器的聲音品質(zhì)。

4. WiFi電路

WiFi電路用于實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程觸控調(diào)節(jié)LED光源亮度和數(shù)據(jù)通信。WiFi芯片采用ESP32-C，支持WiFi、Bluetooth和BLE。布線(xiàn)上，射頻功率地和信號(hào)地分開(kāi)，確保通信質(zhì)量。

• WiFi芯片：ESP32-C，支持多種通信協(xié)議。

• 射頻功率地和信號(hào)地：分開(kāi)布線(xiàn)，減少干擾。

5. 背光LED供電電路

背光LED供電電路用于提供背光LED所需的供電電壓。SOT23-6LED驅(qū)動(dòng)芯片采樣，DC/DC給LED供電獨(dú)立構(gòu)成回路，DC/DC的地接到3.3V LOD地。由于PWM2口內(nèi)核已經(jīng)做專(zhuān)用化了，輸出600K的PWM信號(hào)，增加一個(gè)RC把PWM輸出當(dāng)作一個(gè)ON/OFF控制。

• 驅(qū)動(dòng)芯片：SOT23-6LED，提供穩(wěn)定的供電電壓。

• PWM控制：通過(guò)PWM信號(hào)控制LED的亮度和開(kāi)關(guān)。

6. 電壓輸入范圍

設(shè)計(jì)2個(gè)DC/DC降壓電路，支持5~12V DC寬電壓寬范圍輸入，方便外部供電。注意DC/DC電路中R13, R17電阻不能省，2個(gè)DC/DC芯片支持最高18V輸入。

• 降壓電路：2個(gè)DC/DC降壓電路，確保輸入電壓穩(wěn)定。

• 寬電壓范圍：支持5~12V DC輸入，提高系統(tǒng)的適應(yīng)性。

7. USB TYPE C調(diào)試口

TYPE C可正反插拔，正向插入和WIFI芯片ESP32-C通訊，以便給WIFI芯片燒錄代碼；反向插入和XR21V1410IL16通訊，以便給T5L燒錄代碼。TYPE C支持5V供電。

• 調(diào)試接口：支持正向和反向插拔，方便調(diào)試和程序燒錄。

• 供電電壓：支持5V供電，確保調(diào)試過(guò)程中供電穩(wěn)定。

8. 并口通訊

T5L OS核有很多IO口空閑，可以設(shè)計(jì)16bit并口通訊。結(jié)合ST ARM FMC并口協(xié)議，支持同步讀寫(xiě)。

• 并口通訊：16bit并口通訊，提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

• 同步讀寫(xiě)：支持同步讀寫(xiě)，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃浴?/span>

9. LCM RGB高速接口設(shè)計(jì)

T5L RGB輸出直連LCM RGB，中間加緩沖電阻，降低LCM水紋波干擾。布線(xiàn)時(shí)，降低RGB接口連線(xiàn)長(zhǎng)度，特別是PCLK信號(hào)，增加RGB接口PCLK, HS, VS, DE測(cè)試點(diǎn)；屏SPI口連接到T5L的P2.4~P2.7口，方便自由度設(shè)計(jì)屏驅(qū)動(dòng)。引出RST、nCS、SDA、SCI測(cè)試點(diǎn)，便于底層軟件開(kāi)發(fā)。

• 高速接口：LCM RGB高速接口，提高顯示速度。

• 緩沖電阻：加緩沖電阻，降低LCM水紋波干擾。

軟件設(shè)計(jì)

DGUS界面設(shè)計(jì)

DGUS界面設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)用戶(hù)界面的顯示和控制。通過(guò)OS主要程序，設(shè)置數(shù)據(jù)變量顯示控件，包括電壓采樣顯示等。

• 數(shù)據(jù)變量顯示控件：用于顯示電壓等參數(shù)。

• DGUS讀寫(xiě)格式：定義數(shù)據(jù)變量的讀寫(xiě)格式，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。

OS主要程序

OS主要程序包括數(shù)據(jù)變量顯示控件的設(shè)置、數(shù)據(jù)變量顯示SP指針結(jié)構(gòu)初始化等。通過(guò)初始化，定義電壓采樣數(shù)據(jù)變量的描述指針和屬性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的顯示和控制。

• 數(shù)據(jù)變量初始化：定義數(shù)據(jù)變量的描述指針和屬性。

• 數(shù)據(jù)顯示和控制：實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示和控制。

LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)

主電源設(shè)計(jì)

主電源采用經(jīng)典的單端反激結(jié)構(gòu)，輸入端由保護(hù)電路和EMI電路組成，輸入電壓經(jīng)過(guò)EMI濾波器和DB107整流橋，經(jīng)C2和L2組成的差分低通濾波器濾除由高頻開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電流紋波，得到VCC。結(jié)合MOS管的開(kāi)通和關(guān)斷，通過(guò)變壓器耦合到副邊，利用副邊電容，將半正弦波濾成較為平滑的直流電。

• 單端反激結(jié)構(gòu)：經(jīng)典的主電源結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換。

• EMI濾波器和整流橋：濾除高頻噪聲和整流。

• 差分低通濾波器：濾除高頻開(kāi)關(guān)產(chǎn)生的電流紋波。

功率因數(shù)校正電路

采用UCC28810構(gòu)成的功率因數(shù)校正電路，實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)和高效率。通過(guò)EAOUT引腳的輸入電壓和VINS引腳的輸入電壓相乘，與電流采樣輸入引腳ISENSE的電壓進(jìn)行比較，決定MOS管的關(guān)斷時(shí)刻。

• 功率因數(shù)校正電路：提高功率因數(shù)，減少諧波。

• UCC28810：功率因數(shù)校正電路的核心芯片。

恒流驅(qū)動(dòng)電路

恒流驅(qū)動(dòng)電路采用CC2530可編程微處理器和高效率LED驅(qū)動(dòng)芯片SN3350組成，利用INA193采樣流過(guò)負(fù)載LED的實(shí)時(shí)電流，并送CC2530進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

• 恒流驅(qū)動(dòng)電路：實(shí)現(xiàn)LED的恒流驅(qū)動(dòng)，提高穩(wěn)定性和壽命。

• CC2530和SN3350：恒流驅(qū)動(dòng)電路的核心芯片。

測(cè)試與驗(yàn)證

系統(tǒng)測(cè)試

對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行整體測(cè)試，包括輸入電壓范圍、功率因數(shù)、輸出電壓和電流的穩(wěn)定性等。通過(guò)測(cè)試，驗(yàn)證系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

• 輸入電壓范圍測(cè)試：驗(yàn)證系統(tǒng)在不同輸入電壓下的工作性能。

• 功率因數(shù)測(cè)試：測(cè)試系統(tǒng)的功率因數(shù)，確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

• 輸出電壓和電流穩(wěn)定性測(cè)試：測(cè)試輸出電壓和電流的穩(wěn)定性，確保系統(tǒng)正常工作。

驗(yàn)證結(jié)果

通過(guò)測(cè)試，系統(tǒng)在不同輸入電壓下均能正常工作，功率因數(shù)高，輸出電壓和電流穩(wěn)定，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

結(jié)論

本文基于迪文T5L1芯片，設(shè)計(jì)了一款可調(diào)功率LED電源方案。通過(guò)詳細(xì)的硬件電路設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了LED的恒流驅(qū)動(dòng)和遠(yuǎn)程觸控調(diào)節(jié)。測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功率因數(shù)高，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。該方案具有較高的實(shí)用價(jià)值和應(yīng)用前景。