基于T5L1芯片的可調功率LED電源設計方案

引言

隨著LED技術的不斷發(fā)展，其在照明領域的應用越來越廣泛。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)低等問題，設計一款高效、穩(wěn)定的可調功率LED電源顯得尤為重要。本文基于迪文T5L1芯片，設計了一款可調功率LED電源方案，詳細介紹了主控芯片的型號、作用以及設計過程。

主控芯片型號及作用

T5L1芯片簡介

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

型號：T5L1

作用：

1. 核心控制：T5L1作為整機控制核心，負責接收并處理觸控、ADC采集、PWM控制信息，驅動液晶屏實時顯示當前狀態(tài)。

2. 高速運行：高頻率運行能力保證了系統(tǒng)的高效運行，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)采集的準確性。

4. 多種接口：支持TYPE C直連PC機進行調試、程序燒錄，支持高速OS核接口、16bit并口，UI核PWM口、AD口引出，方便設計應用。

硬件電路設計

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邏輯供電通過多個電容并聯(lián)，確保供電穩(wěn)定。

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

2. AD模擬信號采集電路

AD模擬信號采集電路用于采集模擬信號，并將其轉換為數(shù)字信號進行處理。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)字地獨立分開，CP1的負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用于濾除輸入信號的噪聲，提高采樣精度。

• 模擬地和數(shù)字地：獨立分開，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警，C25為蜂鳴器供電電容。蜂鳴器是電感器件，工作時會有尖峰電流，為了降低尖峰，需把蜂鳴器MOS驅動電流調小，使MOS管工作在線性區(qū)域，并設計電路讓它工作在開關模式。注意R18需并聯(lián)在蜂鳴器兩端，用于調節(jié)蜂鳴器聲音品質，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。

• 調節(jié)電阻：R18用于調節(jié)蜂鳴器的聲音品質。

4. WiFi電路

WiFi電路用于實現(xiàn)遠程觸控調節(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。布線上，射頻功率地和信號地分開，確保通信質量。

• WiFi芯片：ESP32-C，支持多種通信協(xié)議。

• 射頻功率地和信號地：分開布線，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驅動芯片采樣，DC/DC給LED供電獨立構成回路，DC/DC的地接到3.3V LOD地。由于PWM2口內(nèi)核已經(jīng)做專用化了，輸出600K的PWM信號，增加一個RC把PWM輸出當作一個ON/OFF控制。

• 驅動芯片：SOT23-6LED，提供穩(wěn)定的供電電壓。

• PWM控制：通過PWM信號控制LED的亮度和開關。

6. 電壓輸入范圍

設計2個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DC/DC芯片支持最高18V輸入。

• 降壓電路：2個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)的適應性。

7. USB TYPE C調試口

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。

• 調試接口：支持正向和反向插拔，方便調試和程序燒錄。

• 供電電壓：支持5V供電，確保調試過程中供電穩(wěn)定。

8. 并口通訊

T5L OS核有很多IO口空閑，可以設計16bit并口通訊。結合ST ARM FMC并口協(xié)議，支持同步讀寫。

• 并口通訊：16bit并口通訊，提高數(shù)據(jù)傳輸速度。

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

9. LCM RGB高速接口設計

T5L RGB輸出直連LCM RGB，中間加緩沖電阻，降低LCM水紋波干擾。布線時，降低RGB接口連線長度，特別是PCLK信號，增加RGB接口PCLK, HS, VS, DE測試點；屏SPI口連接到T5L的P2.4~P2.7口，方便自由度設計屏驅動。引出RST、nCS、SDA、SCI測試點，便于底層軟件開發(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。

軟件設計

DGUS界面設計

DGUS界面設計用于實現(xiàn)用戶界面的顯示和控制。通過OS主要程序，設置數(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讀寫格式：定義數(shù)據(jù)變量的讀寫格式，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性。

OS主要程序

OS主要程序包括數(shù)據(jù)變量顯示控件的設置、數(shù)據(jù)變量顯示SP指針結構初始化等。通過初始化，定義電壓采樣數(shù)據(jù)變量的描述指針和屬性，實現(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：實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示和控制。

LED驅動電源設計

主電源設計

主電源采用經(jīng)典的單端反激結構，輸入端由保護電路和EMI電路組成，輸入電壓經(jīng)過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關產(chǎn)生的電流紋波，得到VCC。結合MOS管的開通和關斷，通過變壓器耦合到副邊，利用副邊電容，將半正弦波濾成較為平滑的直流電。

• 單端反激結構：經(jīng)典的主電源結構，實現(xiàn)電壓轉換。

• EMI濾波器和整流橋：濾除高頻噪聲和整流。

• 差分低通濾波器：濾除高頻開關產(chǎn)生的電流紋波。

功率因數(shù)校正電路

采用UCC28810構成的功率因數(shù)校正電路，實現(xiàn)高功率因數(shù)和高效率。通過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的電壓進行比較，決定MOS管的關斷時刻。

• 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。

恒流驅動電路

恒流驅動電路采用CC2530可編程微處理器和高效率LED驅動芯片SN3350組成，利用INA193采樣流過負載LED的實時電流，并送CC2530進行處理，實現(xiàn)恒流輸出。

• 恒流驅動電路：實現(xiàn)LED的恒流驅動，提高穩(wěn)定性和壽命。

• CC2530和SN3350：恒流驅動電路的核心芯片。

測試與驗證

系統(tǒng)測試

對LED驅動電源進行整體測試，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。通過測試，驗證系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定性。

• 輸入電壓范圍測試：驗證系統(tǒng)在不同輸入電壓下的工作性能。

• 功率因數(shù)測試：測試系統(tǒng)的功率因數(shù)，確保達到設計要求。

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

驗證結果

通過測試，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，達到了設計要求。

結論

本文基于迪文T5L1芯片，設計了一款可調功率LED電源方案。通過詳細的硬件電路設計和軟件設計，實現(xiàn)了LED的恒流驅動和遠程觸控調節(jié)。測試結果表明，系統(tǒng)性能穩(wěn)定，功率因數(shù)高，達到了設計要求。該方案具有較高的實用價值和應用前景。