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智能调光、非隔离供电系统解决方案

LED智能照明的概念伴随着物联网的快速发展和普及 ， 已经越来越多的进入人们日常生活的视野中 。通过手机APP对LED灯光进行无线调色温、调亮度 ， 已经被越来越多的人们所熟悉和接受 。而智能照明系统在包括客厅、餐厅、卧室、书房、厨房等智能家居的应用场合和酒店、办公楼、交通枢纽等智慧城市着力推广的区域有着极为广阔的应用空间 ， 也将是LED行业发展的一个新趋势 。

通常 ， 无线智能照明系统包括：客户端控制软件、无线信号接收模块、LED驱动、辅助供电模块和LED灯珠 。


球泡灯智能调光系统各个模块的连接示意图

目前物联网市场上主流的无线信号的传输协议有：Bluetooth4.0/Zigbee ZLL/WiFi等 。各类协议在数据传输速率、通信距离、传输安全性以及系统功耗等方面不尽相同 ， 使用场所也呈现明显的不同特征 。

Wifi传输协议由于传输速率高、系统功耗偏大 ， 适用于直接由AC供电的电器设备终端 ， 如：监控摄像头、空气净化器等；蓝牙BLE4.0传输协议则更多用于和手机进行交互的设备 ， 如：蓝牙耳塞、蓝牙手环等 ， BLE4.0系统使用起来快捷方便得益于它的低功耗特性 ， 设备一次性使用至下次更换电池的时间长达数个月至1年 ， 用户基本不用考虑耗电问题；Zigbee传输协议因其具备了传感器标准协议 ， 所以在智能光照传感、空气质量/温湿度探测等方面应用较广 。

球泡灯智能调光系统中 ， LED驱动模块作为无线信号最终的调制对象 ， 不仅用于点亮LED ， 还负责为LED提供多种保护功能以及实现对LED的程控调光调色温功能 。同时 ， 作为LED照明电源的一部分 ， 出口性质的LED驱动模块还满足包括PF、THD、效率以及EMI/安规等方面的电性能强制性要求 。如：出口欧洲的灯具需满足ERP标准有关PF的要求 ， 即：功率小于或等于2W ， 无功率因素要求；2W至5W ， PF值要求大于0.4；5W至25W ， PF值大于0.5；功率大于25W ， PF值大于0.9 。

此外 ， 作为智能控制的接收终端 ， MCU、传感器等微处理器以及外围周边器件将需要一个稳定且高效率的低压（3.3V或5V）直流电源作为辅助供电 。针对无线信号传输过程中产生的电流消耗 ， 辅助电源需要有足够供电能力应对瞬态负载的跳变要求 ， 尤其是Wifi模式下典型的工作电流瞬间峰值可达200mA以上 ， 这对于功率较小的供电辅助电压提出了一定的挑战 。

不同传输协议在不同板载上的典型电流消耗对比表 ， 从中可以看出不同传输协议系统功耗的差别 。



通过上述无线智能照明系统简介 ， 可以看出智能调光模块相比于传统LED调光电源设计上要复杂得多 ， 成本上也要高出一大截 。

KP114+KP3110方案

LED驱动控制芯片和辅助供电芯片相互配套的智能调光供电方案 ， 不但可以实现高精度的QR恒流控制 ， 高PF、低THD、高效率 ， 而且采用Buck架构 ， 系统BOM成本低；结合3Pin开关式辅助供电芯片 ， 加上外围极简的元器件搭配 ， 将智能调光模块的电源供电成本降到最低 。

KP114非隔离、PWM调光PFC驱动控制器

该芯片采用QR Buck架构、系统转换效率高、外围设计简单、器件数量少、系统保护齐全（OVP/OCP/OTP等） ， PWM调光频率范围宽（100Hz~100kHz）、线性度好 ， 调光电流深度可达10%以下 ， 非常适合用于对LED调光有需求的智能照明电源驱动模块中 。


　KP114原理图
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KP3110高性能、低成本离线式PWM控制开关

该芯片可提供SOT23-3、TO-92和SOP8三种封装 ， 结合极简的外围电路（最少7颗物料）可以实现稳定且高效率的可调式电压输出 ， 最大输出电流可达220mA 。且KP3110采用了ON/OFF控制方式 ， 具备良好的动态响应特点 ， 可以满足无线通信过程中对于瞬态峰值电流的要求 。KP3110不仅适用于Buck降压型工作电路 ， 也能兼容Buckboost升降压型对于负压输出有要求的应用场合 。


　KP3110原理图


KP114+KP3110方案实际电路和原理图

输入电压：90-265Vac

输出：72V_120mA

实物照片




Demo原理图



电路模块

在KP114+KP3110基础上按照客户需求添加PWM Dimming OFF电路模块及MCU 5V-3.3V电路模块 。PWM Dimming OFF模块实现了当调光电流低于一定比例以后（典型10%以下）关闭VCC ， 从而Shutdown输出电流的作用；而5V-3.3V LDO模块则用于MCU供电端子的选择 ， 对于非3.3V MCU供电该转换则不需添加 。


　Demo PCB Layout






性能曲线图
【智能调光、非隔离供电系统解决方案】
上述方案 ， 经客户测试认证认可并已获得批量订单 。对于智能调光应用中隔离供电方案的需求 ， 推荐我司KP115 QR Flyback恒流驱动+KP3110辅助供电方案 ， 该方案在获得良好的PWM调光效果的同时 ， 可以达到PF>0.9、THD<20%的参数指标 ， 是理想的智能调光隔离应用供电解决方案 。

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