英飛凌科技（中國）有限公司  李紀明   陳杰

摘要：

LED照明已經在整個照明應用中得到普及，伴隨著智慧城市，智能路燈的發展，LED驅動電源也朝著智能化，數字化方向發展。英飛凌作為引領智能LED照明的領先供應商，從系統級角度看待問題，為客戶提供卓越的數字產品和解決方案，在提供高性能表現的產品和系統解決方案的同時，極大的減輕了客戶庫存的壓力和新產品推出的周期，擴展了研發設計的靈活性。英飛凌照明驅動ＩＣ以其豐富的產品類型，廣泛的拓撲組合，搭配業界領先功率晶體管CoolMOS技術，充分滿足了LED驅動電源設計的半導體器件選型需求。

英飛凌的數字控制方案基于自有的數字核CPU，結合強大的功率半導體制造技術，將兩者有機的集成在一起，創新了業界領先的數字LED驅動IC技術，此前已經量產3款產品， XDPL8105， XDPL8220， ILD2111。XDPL8221 是英飛凌系列數字智能LED驅動IC中新成員，集成PFC和反激控制器于一體，SO16窄體封裝，具有恒流，恒壓，限功率三種輸出工作狀態，獨立的調光接口和通訊接口，極低的THD和待機功耗，使其具有強大的競爭力。

1．英飛凌數字控制器概述

英飛凌數字控制器概念如圖1示， 內核嵌入式CPU是英飛凌自有數字核，功率變換控制減輕了CPU的負載，提高了系統效率。外圍集成ADC轉換器和功率高壓啟動單元及驅動。完善的保護功能也一并集成在內。

圖1    英飛凌數字控制器

2．XDPL8221 系統概述

典型的XDPL8221系統原理如圖2所示，XDPL8221高度集成臨界模式PFC和原邊控制準諧振反激控制器，大大減少了系統元器件數量。兩級方案減小了輸出紋波，降低了單獨一級對設計余量的要求，進一步降低了成本。

XDPL8221集成THD優化算法，使得系統具有很高的PF值和很低的THD值。獨特的恒壓，恒流，限功率控制模式自由切換，提供了極高的帶載靈活性，系統設計研發者可以最大限度的利用系統硬件能力。

芯片內的OTP單元存儲系統的參數，例如輸出電流，輸出電壓，最大輸出功率，保護模式等等。參數可以在研發階段或者量產產線上進行重新配置，這使得用戶在不更改硬件參數的情況下，生成不同的機種，達到真正的一個平臺多機種的目的。

低待機功耗的需求在照明應用中越來越多，待機要求越來越低，XDPL8221低至100mW的待機功耗樹立了行業的新標桿。

此外，內部和外部的自適應過溫度保護功能以及其他的保護功能一起守護著系統的安全可靠。

圖2 XDPL8221典型系統

      下面的章節將主要介紹XDPL8221精準原邊控制的原理，PF/THD優化的算法，調光性能，保護功能，以及獨特的實時通訊功能。

2．1 XDPL8221原邊控制原理及精度

XDPL8221原邊控制的典型波形圖如圖3，系統通過檢測反激變壓器原邊峰值電流來計算次級電流及過流保護。通過檢測輔助繞組的反射電壓來計算次級電壓，在退磁時間結束時，通過偵測ZCD腳位的電壓值即可算出此時輸出電壓值。在已知輸出電壓和電流的基礎上，通過軟件的算法實現限功率控制。

圖3 XDPL8221 原邊控制原理

如圖4所示為XDPL8221輸出特性曲線， 在恒壓段，此時電源工作在恒壓區，輸出電流根據負載狀態需低于一定值。在恒流段，此時電源工作在恒流點上，輸出電壓需低于一定值，用來保證整個系統的輸出功率在控制范圍內。 在限功率段，電壓和電流之乘積需小于或等于設定的最大輸出功率。在限功率模式下，其限功率的精度在2%以內。限功率模式應用比較適合驅動COB燈珠。

圖4 XDPL8221 輸出特性曲線

2．2 XDPL8221 系統輸入PF值和THD 值

XDPL8221內部集成了THD優化功能，使得THD在整個輸入電壓范圍內和很寬的輸出功率情況下都保持優秀的THD性能。

圖5 THD優化算法及50W demoboard THD 測試結果

圖5右所示為實測的THD曲線。從曲線可以看出，全電壓輸入狀態下，在30%負載到100%負載范圍內，THD都能夠做到低于12%，同時也能夠滿足EN61000-3-2標準要求。

2.3．XDPL8221 調光性能

XDPL8221 內部集成了四種調光曲線，分別如圖6示，主要分為線性調光和曲線調光模式，每種模式還可支持正向調光或者反向調光。最小調光電流對應的最小PWM DUTY可以在軟件界面里設置，同時最大調光電流對應最大的PWM DUTY同樣可以在軟件里設置。XDPL8221支持調光深度小于1%，支持調滅功能，調滅設置的遲滯是可以在軟件里設置的。

圖6 XDPL8221 調光曲線

圖7為實測的調光曲線，調光深度<1%。而且帶不同負載時，其調光曲線趨于一致。

圖7 XDPL8221 調光曲線測試

2.4 保護功能

XDPL8221具備完善的保護功能，能夠實現AC輸入電壓過壓欠壓保護，輸出電壓過欠壓保護，輸出電流的平均電流及峰值電流的過流保護；且具備外部溫度保護的專用腳位，用來做系統性的過溫保護。并且IC本體內部也有過溫保護機制，用來保護IC本身。

                       圖8 自適應溫度保護

圖8所示為XDPL8221智能溫度保護曲線，在過溫保護時，會逐漸降低系統輸出電流直到設定的最小電流，此時若溫度保護解除，輸出電流會逐漸上升至最大工作電流；若此時溫度保護一直存在但是又不超過最大過溫點，系統會一直工作在最小輸出電流狀態。這種模式的過溫保護，極大的保證了燈的點亮時間。

2.5 實時通訊功能

XDPL8221具備實時通訊功能，通過IC的UART腳位，可實現實時控制輸出電流或者調光的亮度及整燈的開關控制，并且也可實時讀取系統的工作狀態，輸出狀態以及異常保護狀態。該通訊是采用半雙工的UART協議，用8個比特的數據來實現通訊功能。這種實時通訊功能，可用于智能路燈或者智能室內外照明應用，方便集中控制，智能匯報每盞燈的工作狀態或者曾經出現的異常保護，方便后期的維護。

                         圖9 實時通訊軟件界面

      從圖9的實時通訊軟件可以看出，可實時了解IC的工作狀態，輸入電壓，輸出電壓電流以及調光狀態，并且也可通過軟件來實施開關機動作或者設置調光水平。

3． 通訊及參數配置工具

英飛凌數字控制IC具有通訊接口，可以使用提供的接口板(interface board)將目標板和PC連接起來，用戶可以根據實際需要隨時自行修改參數，大大提高了系統設計的靈活性,縮短了系統開發時間。

典型參數配置系統及界面如圖10示。

圖10 參數配置系統典型設置及配置界面

在參數配置的軟件里，無需客戶研發工程師懂得軟件編程，只需要懂得硬件設計就可以很好的使用這個配置軟件。在配置軟件里，需要工程師輸入IC周邊硬件參數信息以及系統輸入輸出規格參數，然后把配置好的參數寫入IC，就可以開機測試。

4 結論

本文描述了英飛凌數字控制IC的概況，及其針對照明應用要求開發的驅動芯片XDPL8221的大概情況。目前來說，XDPL8221能夠滿足絕大多數智能照明對控制芯片的要求。