1.前言

LED 照明應用已經徹底改變了世界——不僅在普通照明領域，而且在任何使用照明的領域，如 LED 顯示器、便攜式照明系統、醫療儀器甚至科學設備。

在這個由兩部分組成的系列中，我將總結我在挑戰背后的經驗和思考過程，重點介紹實施過程中的關鍵里程碑。最初是一個可用于多種事物的原型項目，最終演變為我在新生兒房間使用的多功能物聯網燈。

2.具體方案

我的基本想法是創建一個基于物聯網照明的項目，能夠連接到互聯網并接受顏色和亮度的值。該項目使用 TPS92512 作為設計的主角，并使用 TI Simplelink? Wi-Fi? CC3200 無線微控制器 (MCU) LaunchPad? 開發套件實現基于 Wi-Fi 的互聯網連接。命令通過 Internet 上的消息隊列遙測傳輸 (MQTT) 協議進入，TPS92512 控制 LED 亮度。

TPS92512/HV 是 2.5A 降壓（降壓）電流調節器，具有集成 MOSFET 以驅動大電流 LED。這些 LED 驅動器具有 42 V 和 60 V (HV) 輸入范圍，可在用戶選擇的固定頻率下工作，具有峰值電流模式控制，并提供出色的線路和負載調節。

TPS92512/HV LED 驅動器具有用于模擬和脈寬調制 (PWM) 調光的獨立輸入，可實現不折不扣的亮度控制，分別實現大于 10:1 和大于 100:1 的對比度。PWM 輸入與低壓邏輯標準兼容，可輕松連接各種微控制器。使用帶有外部 0 V 至 1.8 V 信號的 IADJ 輸入，模擬 LED 電流設定點可在 0 V 至 300 mV 范圍內進行調節。

對于使用兩個或更多 TPS92512/HV LED 驅動器的多串應用，內部振蕩器可以被外部時鐘過度驅動，以確保所有轉換器以共同頻率運行，從而降低拍頻的可能性并簡化系統 EMI 濾波。具有遲滯的可調輸入欠壓鎖定 (UVLO) 可根據電源電壓條件靈活設置啟動/停止電壓。

我的單通道 LED 燈原型可通過網站進行控制，該網站使用客戶端 Javascript? MQTT 庫通過iot.eclipse.org MQTT 代理從 Web 瀏覽器向 TI CC3200 無線 MCU LaunchPad 套件發送命令。我使用 Energia 為 CC3200 設備編寫了固件，它是 TI LaunchPad 套件的 Arduino 等效產品，而且效果更好。圖 1 顯示了初始框圖。

圖 1：建議的系統框圖

3.驅動 LED 和 TPS92512

就像任何其他組件一樣，正確驅動的 LED 將提高其使用壽命和效率。你們還可以通過改變設備的驅動來控制照明特性。LED本質上是一個二極管，正向偏置特性（尤其是Vf）因制造過程而異。

查看 Würth Elektronik 的基于氮化銦鎵 (InGaN) 的陶瓷芯片 LED的數據表，你們可以看到 LED 的正向電流隨著正向電壓急劇增加，并且在拐點電壓之外幾乎是線性的。光通量也作為正向電流的函數而變化，直至達到極限值。因此，在驅動 LED 時控制通過 LED 的電流會更有利，使用電流控制方案可以獲得更好的結果。

上述數據表中的圖 2 以圖形方式顯示了這一趨勢，其中我們將正向電流視為正向電壓的函數，而光通量是正向電流的函數。

圖 2：正向電流作為施加電壓的函數及其對光通量輸出的影響

安排恒流源的方法有很多種，包括經典的 LM317 電路，如圖 3 所示。問題是可以驅動的最大電流。你們可以并行級聯多個 LM317，但這不是很劃算。

圖 3：基于 LM317 的恒流源的電路圖

或者，你們可以使用帶電壓基準的運算放大器/比較器，然后在輸出級使用晶體管或 MOSFET 手動執行調節，如圖 4 所示。這效果更好，也是我通常設計電源電路的方式。然而，這種方法的主要問題是使用的電路板空間量以及材料清單成本。你最終組裝了一個大電路——當你需要處理幾十安培范圍內的大量電流時，這是可以的——但對于 LED 來說，這是多余的。

圖 4：使用運算放大器的高端電流控制電路

因此，你們需要 MOSFET 來提高效率，但又不想制作自己的模塊。該解決方案是專用驅動芯片，例如 TPS92512，它具有 MOSFET 作為開關以及熱關斷功能，以及用于控制的內部振蕩器和脈寬調制器 (PWM) 邏輯。其他解決方案需要外部 MOSFET 開關以及一些雜項無源器件。TPS92512 使用更簡單；圖 5 顯示了其功能框圖。

圖 5：TPS92512 的功能框圖

TPS92512 能夠驅動高達 2.5A 的電流；標準版本可以在高達 48V的 V IN下運行。具有脈沖寬度調制 (PWM) 信號的標準微控制器可以驅動 TPS92512 以改變輸出電流，從而改變 LED 亮度。

在本系列的第 2 部分中，我將向展示我是如何構建原型的。