回路调光系统方案介绍
隧道采用回路控制方式,由于隧道长度的差异很大,在实际应用上有两个重要的需求:
1.需满足不同长度隧道的调光控制需求,调光一致性要好;
2.总线回路故障状态下,灯要保持最大亮度。
1 0-10V调光系统
0-10V调光在早期电子整流器中普遍应用,调光接口已经标准化,LED驱动器调光标准延续该调光接口。0-10V回路控制系统中,调光系统具有Sink(拉电流)电流能力,与其匹配的驱动器需要有源上拉,如(图1)所示。
这种系统应用的优点是许多系统厂商和驱动器厂商都有符合这个标准接口的设计,差异仅是接口电流的值不同,选型和系统匹配比较方便。缺点是:
1.回路控制中灯具数量较多时,总线上会存在一定的电压差,该电压差会造成控制首端和末端灯具亮度的不一致,与灯具数量、每个灯具的控制电流、调光线的线径和调光线长度有关系。灯具数量越多、每个灯具的控制电流越大、调光线的线径越细、调光线越长都会导致总线上的电压差变大;反过来则电压差减小。
2.总线故障时,不能满足灯具亮度为最大亮度的要求(调光线短路时输出为最小亮度)。
针对以上系统应用的缺点,修改调光系统为供源,驱动器端口下拉,设计为负逻辑调光时,可以实现总线故障状态时,灯具为最大亮度,如(图2)所示。
在实际应用中,驱动器下拉电阻大时系统易受干扰,导致调光异常;电阻小的时候抗干扰能力强,但每个灯具的控制电流加大,总线上的电压差造成亮度不一致的现象加剧,除了需要调光系统有较大的驱动能力外,间隔一定距离,需要增加总线中继放大器解决亮度不一致的问题。
2 PWM调光系统
PWM总线调光频率一般为200-400Hz,以高低电平占空比传递调光信号,系统提供PWM信号的驱动能力,驱动电源端口设计下拉,如(图3)所示。
调光系统提供PWM信号的驱动能力,驱动器下拉设计,可以满足隧道回路调光的需求。PWM调光的精度比较高,抗干扰能力比较强,因此越来越多的控制系统采用PWM调光技术。但实际上采用PWM调光存在两方面的问题:
1.回路路径很大,使得调光波形会失真,造成一定的精度偏差;尤其是系统接地的Y容会造成一定的直流偏置,造成低电平调光响应不畅问题。如(图4),这是一个实际的隧道调光系统拍到的总线波形;
调光模块的数量和线路加长,或灯具的绝缘失效等因素会造成调光线上的PWM信号下降沿有很大的畸变(下降斜率变慢,不再是方波),而且低电平不能到零电平的,导致调光系统不能正常调光。
2.由于控制系统的控制开关一般采用功率MOS管,而目前很多控制系统中MOS基本是浮地设计的,关断时,MOS管的寄生电容Coss会与系统Y电容串成回路,LED驱动电源的开关频率会通过Coss形成共模干扰源,造成低电平干扰很大,引起调光异常,如(图5)。
在此我们提出了两种解决方案,并在实际应用中很好解决了存在的问题。
解决方案 一 :控制系统需要把PWM控制开关MOS管放到信号正端,如(图6),系统与控制共地设计。这样的设计可以很好的对低电平进行匹配,也可以解决部分共模干扰问题。这种方式需要驱动器设计成下拉模式,目前一般CPU辨识的设计低电平需要小于0.6V,系统匹配数量较多时,可以加一个PWM中继。
解决方案二:控制总线信号隔离,如(图7)。
采用隔离驱动能很好的隔离驱动器和控制器之间的信号匹配问题,是解决回路调光的较好方案。通过总线隔离,PWM调光波形基本无畸变,很好的得到保持,如(图8)所示,是上述系统改进后的总线波形。
隔离驱动可以把低电平的比较电压上抬,这样线路的抗干扰能力大大加强,并解决了PWM调光总线上压差造成的亮度不一致问题,在总线故障时(短路或悬空),都可以实现最大亮度。这种系统应用的缺点是光耦的设计必然要求总线电流能力大,距离长的隧道需要对调光信号进行中继放大。
3 0-5V调光系统
0-5V调光系统也是一种比较常见的回路控制系统,控制器提供Source能力,同图2,目前0-5V系统对驱动器端口阻抗要求比较高,驱动器端口Sink电流为1-3uA;反逻辑调光,保证总线在故障状态下(短路或悬空)灯具为最大亮度。
0-5V调光系统的缺点是驱动器端口高阻抗,总线电流小,抗干扰能力差,在复杂的应用环境下会造成调光异常。由于要在驱动器端口额外增加转换电路,存在成本高、电路复杂的问题,一般采取总线加中继的方式解决0-5V系统控制信号的驱动能力问题。
英飞特电子(杭州)股份有限公司是一家专门从事LED驱动电源的高科技企业,其主推的智能驱动电源具备了“多合一”(“All in One”)的控制功能,包括PWM、0-10V、0-5V和时控等控制方式集成在一个驱动电源内部。对客户而言,只需通过离线式的软件设置,就能非常方便地完成不同控制功能的选择。通过对回路控制要求和存在的问题分析和解决,英飞特的智能电源能满足不同回路的实际需要。
结论
本文分析了常见的回路控制方法,由于回路把驱动器都集中控制,带来控制信号的失真,存在匹配性问题,并给出了控制器或驱动器的解决方案,其中信号中继是一个非常有效且低成本的解决方案。