作者：ALI FAWAZ高級應用工程師，英飛凌科技

為可調光 LED 燈具開發開關模式電源是一項重大的工程工作。實際照明元件規格或燈具功能的變化，例如不同的電流供應、調制水平或最小調光水平，可能會引發各種組件的級聯變化，甚至是完全重新設計。因此，照明工程師正在努力減少組件數量并增加完整設計的靈活性也就不足為奇了。?

雖然我們在數字控制器等領域看到了大量創新，但物理調光控制和驅動器 IC 之間的接口仍然很復雜。通常，電位器或 0-10V 調光器是初始電壓輸入的來源。驅動器 IC 的接口用于產生控制器 IC 使用的數字 PWM 信號。這可以通過變壓器或基于光耦合器的電路來實現，如圖 1 所示。每個組件（從 10 到 30 個，具體取決于設計）都會增加夾具的評估、測試，當然還有組裝成本。 ?

圖 1：典型的 LED 調光接口電路設計

由于經常變化的設計參數，將這些分立功能集成到適用于 LED 電源的 IC 中具有挑戰性。例如，用于控制多個燈具的調光系統需要與短燈串不同的偏置電流設置。傳統上通過改變變壓器設計來管理的占空比變化可以通過 IC 來管理。一個變壓器可能會增加 30-50 美分的系統成本，并且需要大量的電路板空間，因此需要一種消除組件的解決方案。?

最近推出的 CoolDIM10V 調光接口是一種合適的 IC，可以滿足各種要求，同時最大限度地減少設計復雜性和組件數量。該 IC 將來自 0-10 V 調光器或電位器的模擬電壓信號轉換為基于電流的 PWM 信號。調光信號通過外部光耦合器路由，以在信號傳遞到照明控制器 IC 時實現電流隔離，如圖 2 所示。 ?

圖 2：帶光耦合器的調光接口 IC

用于調光控制的 I2C 接口的成功實施取決于改變設備參數以適應設計要求的能力。變量包括電阻電流、PWM 信號的頻率和最小占空比。在某些設計中，可以指定真正的調光關閉功能，以最大限度地減少在最低調光水平下的潛光輸出以及當電流增加時 LED “爆裂”的風險。過去，對這些參數的任何更改都需要對電路進行大量重新設計。IC 中的用戶可配置設置允許使用標準 UART 接口修改這些關鍵參數。這提供了在多個夾具中使用基本設計或適應其他組件（例如光耦合器）的變化的靈活性，而無需重新設計工作。IC的默認設置只能使用編程板一次性配置以設置所需值。?

設計中最常見的變化之一是圍繞選擇合適的光耦合器來平衡夾具的性能、成本和可靠性。最具成本效益的解決方案是由一個 LED 和一個光敏 BJT 組成的四引腳器件，只有 BJT 的集電極和發射極連接到引腳。這種簡單的 4 引腳器件具有相對較短的開關時間。為了滿足更高的速度要求，可以使用 BJT 的基極也連接到一個引腳的六引腳器件。當應用需要非常高的可靠性和性能時，可以使用基于 CMOS 的隔離器。?

在許多光耦合器配置中，輸出信號來自 BJT 的集電極，與原始輸入相比，這會產生反相信號。需要一個額外的逆變器級來為控制器 IC 產生正確定向的信號。但是如圖 2 所示，在 Vce 足夠高的情況下，BJT 可以被視為電流控制源，沒有信號反相。 ?

在為該應用選擇合適的器件時，需要考慮光耦合器的兩個參數。它們是電流傳輸比 (CTR) 和開關時間 (T r 和 T f )。后者是設備制造商提供的數據表值。雖然 T r在負載電阻 (R L ) 范圍內相當恒定，但 T f 以線性速率增加。CTR 是 LED 的正向電流（通常指定為 5 mA）與光耦合器光電晶體管的集電極電流之間的比率。該比率可隨 LED 電流和溫度在 50% 至 600% 范圍內變化，這意味著 BJT 的電流控制源輸出范圍為 2.5 mA 至 30 mA。?

CTR 和開關時間之間的關系導致了以下光耦合器選擇指南。建議使用產生目標調光響應的最低 PWM 頻率。所選設備的 CTR 范圍應為 1:2。負載電阻應允許在所有可能的工作條件下以盡可能低的 CTR 獲得所需的輸出電壓。使用至少比目標輸出高 2 V 的電源電壓 (Vcc)。但是，電源電壓不應太高，以限制光耦合器級的功率損耗。最后，齊納二極管可用于限制和穩定輸出電壓。圖 2 中所示的光耦合器配置基于這些指南。

在 50 美分或更低的成本范圍內，在 LED 電源中使用光耦合器而不是變壓器可以降低材料成本和終端設備的組裝成本。它還有助于將電路板空間減少多達 70%，為新夾具和控件的外形創新創造機會。簡而言之，LED 燈具中調光接口的硅集成有助于為實現 LED 在照明領域的承諾的突破性設計創造機會。

審核編輯 黃昊宇