STLUX385A：革命性的照明數字控制器

　　LED燈是在上個(gè)世紀30年代中期高壓鈉燈問(wèn)世后近80年來(lái)最具顛覆性的照明技術(shù)，LED燈引起廣泛關(guān)注的原因不只是能效高、壽命長(cháng)、節能環(huán)保，還因為LED燈比白熾燈或氙燈更好控制。

　　“數字”控制器已步入功率轉換時(shí)代的主流，在很多情況下，LED驅動(dòng)器采用微控制器控制供電時(shí)序以及跟蹤、檢測、保護和通信功能。但是，這并不是真正的數字控制器解決方案，而是數字式檢測和電源管理。只有以數字方法實(shí)現控制回路，才能稱(chēng)為真正的數字控制器。圖1所示是經(jīng)典數字控制結構框圖1。

　　圖1: 經(jīng)典數字控制器結構框圖

　　這個(gè)經(jīng)典數字控制方法讓經(jīng)典模擬過(guò)程實(shí)現數字化，確保轉換器穩壓精確，工作穩定，但是需要微控制器或數字信號處理器執行復雜的計算，以適應模擬轉換器的動(dòng)態(tài)性能變化。通常情況下，數學(xué)傳遞函數計算是在Z區完成，該區對數字控制器的處理能力要求很高。此外，數字控制器還需要新的設計經(jīng)驗，而模擬工程師掌握的模擬控制法則穩定性標準并不能直接用到數字控制器。因此，經(jīng)典數字控制器的成本較高，而且積累數字控制器設計經(jīng)經(jīng)驗是一個(gè)很長(cháng)的過(guò)程。

　　意法半導體采用一個(gè)與經(jīng)典方法完全不同的創(chuàng )新方法，引入一個(gè)狀態(tài)機概念來(lái)解決數字控制問(wèn)題，利用事件、電流、電壓或時(shí)間驅動(dòng)功率轉換器開(kāi)關(guān)，無(wú)需執行傳遞函數計算。事件驅動(dòng)式狀態(tài)機模塊(SMED)就是這個(gè)概念的實(shí)現形式，每個(gè)狀態(tài)機有4種狀態(tài)，通過(guò)96MHz時(shí)鐘驅動(dòng)。在狀態(tài)機的3個(gè)輸入中，每個(gè)輸入都可指定為1個(gè)條件，代表一種狀態(tài)變化，如圖 2所示。

　　圖 2. SMED結構框圖

　　下面示例是一個(gè)基于狀態(tài)機(SMED)的過(guò)渡模式恒定導通時(shí)間升壓PFC電路。

　　圖3. 基于事件驅動(dòng)式狀態(tài)機(SMED)的升壓功率因數校正器

　　圖4. 恒定導通時(shí)間升壓功率校正器狀態(tài)變化

　　共計有4種狀態(tài)：S0, S1, S2, S3?？臻e是上電期間的一種變化狀態(tài)，復位后，空閑狀態(tài)過(guò)渡至導通時(shí)間最短的S0狀態(tài)。在S0狀態(tài)，柵信號是高電平，MOSFET導通，內部定時(shí)器將開(kāi)始計時(shí)，在最短導通時(shí)間(Ton-min)到時(shí)后，S0狀態(tài)過(guò)渡到導通時(shí)間正常的S1狀態(tài)，如果操作正常，柵信號保持高電平直到Ton到時(shí)為止，若在Ton到時(shí)前出現任何過(guò)流情況，事件0(檢測電流Is送來(lái)的過(guò)流)觸發(fā)狀態(tài)機過(guò)渡到關(guān)斷時(shí)間最短的S2狀態(tài)。在S2狀態(tài)，柵信號為低電平，MOSFET關(guān)斷。在最短關(guān)斷時(shí)間到時(shí)后，狀態(tài)機從S2過(guò)渡到關(guān)斷時(shí)間正常的S3狀態(tài)，在這個(gè)狀態(tài)，過(guò)零信號(ZCD)或最大關(guān)斷時(shí)間觸發(fā)狀態(tài)機從S3過(guò)渡到S0狀態(tài)。這個(gè)狀態(tài)變化過(guò)程周而復始，無(wú)需微控制器干預。

　　SMED狀態(tài)機的設置非常靈活，適用于升壓、降壓、半橋、全橋轉換器等所有拓撲，設計人員可以按照自己的控制算法隨意定義狀態(tài)。

　　SMED功率轉換器控制概念徹底顛覆了功率轉換器數字控制方法，基于SMED的控制器STLUX385A榮獲了2014年消費電子展創(chuàng )新獎。

　　STLUX385A[2]集成6個(gè)SMED和1個(gè)低成本的8位微控制器，低成本微控制器可執行低速控制、檢測和通信功能，下圖所示是STLUX385A結構框圖：

　　圖5：STLUX385A結構框圖

　　我們使用STLUX385A開(kāi)發(fā)出一個(gè)100 W LED路燈參考設計[3]，在這個(gè)參考設計內，STLUX385A芯片處理一個(gè)次側控制式功率轉換級，以及所有的通信連接。功率轉換級包括PFC穩壓器、零壓開(kāi)關(guān)(ZVS)和LC諧振級?？刂聘呔茸児馐鞘褂靡粋€(gè)一次側調整(PSR)控制方法。

　　演示板提供所有的重要的物理通信接口，例如， DALI (數字尋址照明接口)，所有的通信都是由STLUX385A管理。STLUX385A的靈活性還讓演示板輕松連接其它接口，例如，Wi-Fi、電力線(xiàn)調制解調器、Bluetooth® 和ZigBee®。

　　STLUX385A是世界首個(gè)照明和功率轉換通用數字控制器，為經(jīng)濟型高能效家用、辦公和路燈照明系統鋪平了道路。

　　參考文獻:

　　[1] Ericsson Digital Power Compendium, www.digitalpowercompendium.com

　　[2] STLUX385A datasheet, www.st.com

　　[3] STEVAL-ILL066V1, 100 W LED street lighting evaluation board using STLUX385A, www.st.com