STLUX385A：革命性的照明數字控制器

　　LED燈是在上個世紀30年代中期高壓鈉燈問世后近80年來最具顛覆性的照明技術，LED燈引起廣泛關注的原因不只是能效高、壽命長、節能環保，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代的主流，在很多情況下，LED驅動器采用微控制器控制供電時序以及跟蹤、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。只有以數字方法實現控制回路，才能稱為真正的數字控制器。圖1所示是經典數字控制結構框圖1。

　　圖1: 經典數字控制器結構框圖

　　這個經典數字控制方法讓經典模擬過程實現數字化，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態性能變化。通常情況下，數學傳遞函數計算是在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，經典數字控制器的成本較高，而且積累數字控制器設計經經驗是一個很長的過程。

　　意法半導體采用一個與經典方法完全不同的創新方法，引入一個狀態機概念來解決數字控制問題，利用事件、電流、電壓或時間驅動功率轉換器開關，無需執行傳遞函數計算。事件驅動式狀態機模塊(SMED)就是這個概念的實現形式，每個狀態機有4種狀態，通過96MHz時鐘驅動。在狀態機的3個輸入中，每個輸入都可指定為1個條件，代表一種狀態變化，如圖 2所示。

　　圖 2. SMED結構框圖

　　下面示例是一個基于狀態機(SMED)的過渡模式恒定導通時間升壓PFC電路。

　　圖3. 基于事件驅動式狀態機(SMED)的升壓功率因數校正器

　　圖4. 恒定導通時間升壓功率校正器狀態變化

　　共計有4種狀態：S0, S1, S2, S3。空閑是上電期間的一種變化狀態，復位后，空閑狀態過渡至導通時間最短的S0狀態。在S0狀態，柵信號是高電平，MOSFET導通，內部定時器將開始計時，在最短導通時間(Ton-min)到時后，S0狀態過渡到導通時間正常的S1狀態，如果操作正常，柵信號保持高電平直到Ton到時為止，若在Ton到時前出現任何過流情況，事件0(檢測電流Is送來的過流)觸發狀態機過渡到關斷時間最短的S2狀態。在S2狀態，柵信號為低電平，MOSFET關斷。在最短關斷時間到時后，狀態機從S2過渡到關斷時間正常的S3狀態，在這個狀態，過零信號(ZCD)或最大關斷時間觸發狀態機從S3過渡到S0狀態。這個狀態變化過程周而復始，無需微控制器干預。

　　SMED狀態機的設置非常靈活，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。

　　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年消費電子展創新獎。

　　STLUX385A[2]集成6個SMED和1個低成本的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開發出一個100 W LED路燈參考設計[3]，在這個參考設計內，STLUX385A芯片處理一個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、零壓開關(ZVS)和LC諧振級。控制高精度變光是使用一個一次側調整(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、電力線調制解調器、Bluetooth® 和ZigBee®。

　　STLUX385A是世界首個照明和功率轉換通用數字控制器，為經濟型高能效家用、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