LED電源架構和LED電源管理總線

1、LED電源架構和LED電源管理總線人們需要高效率、低功耗、符合能效規(guī)范的電子設備，需要更高性能、更小形狀因數(shù) 的無線系統(tǒng)，這為LED電源和LED電源管理設計提出巨大的排戰(zhàn)。設計人員要為各種 DSP、MCU、FPGA、ASIC、音頻/視頻和顯示電路提供多電壓、更大電流、更高效率、更低功耗、 更低噪聲、更小形狀因數(shù)的LED電源和LED電源管理。為此出現(xiàn)了各種各樣的LED電源架構來滿足變化的 LED電源管理要求。分布式LED電源架構分布式LED電源架構(Distributed Power Architecture,PDA)是基站用的第一代 LED電源架構。PDA的一個實例示于圖1。這種LED電源架構

2、對每個電壓軌用隔離 (磚式)LED 電源模塊提供。當電壓軌有限時，PDA工作良好，但每增加 1個電壓軌，其成本和 PCB面積都顯著增加。電壓軌時序也是困難的，需要增加外部電路來解決電壓軌時序，這也會增加成本和板面積。圖1典型的DPA架構中間總線架構為了克服DPA尺寸大和成本高的缺點，第二代系統(tǒng)采用中間總線（ In termediate BusArchitecture,IBA ）架構。中間總線架構有固定電壓（ fixed voltage ） IBA，非穩(wěn)壓（unregulated）IBA 和準穩(wěn)壓（Quasi-regulated ） IBA幾種架構。圖 2所示的固定電壓IBA 采用單個隔離磚式

3、LED電源模塊和很多非隔離負載點（Pol）DC/DC變換器。Pol可以是LED電源模塊（如TI公司的PTH系列），也可以是分立的降壓變換器。隔音變換器的輸 入電壓范圍（3675V或1836V ）與第一代相同。它所產生的中間總線電壓穩(wěn)定到3.3V，5V或12V。中間總線電壓選擇取決于系統(tǒng)設計師。這種設計的好處是：較小的PCB面積、較低的成本和較容易的電壓時序（由于有自動跟蹤特性）。這種LED電源架構使效率降低，每個電壓需要兩次變換。圖2固定電壓中間總線架構為了滿足微小區(qū)基站設計對高效率和小占位面積的要求，需增加隔離變換器效率，使 其工作在固定占空比和不穩(wěn)壓輸出，這就是非穩(wěn)壓中間總線結構。這種結構

4、采用非穩(wěn)壓總線變換器，其輸出電壓是輸入電壓之比（例如TI公司ALD17 5： 1變換器產生的輸出電壓是輸入電壓的五分之一）。用這種技術設計的150W系統(tǒng)的第一變換級用十六分之一磚式變換 器效率可達96%。這種架構的限制是總線變換器的最大輸入電壓范圍是3655V。Pol的輸入電壓必須小于12V，才能使Pol產生1V或小于1V的輸出電壓。為了滿足一些無線供應商堅持要保持3675V傳統(tǒng)寬輸入電壓規(guī)格的要求，LED電源供應商推出準穩(wěn)壓IBA。這種架構與非穩(wěn)壓IBA的主要差別是在輸入電壓超過5560V范圍，其輸出電壓穩(wěn)定到 10V左右。這種架構的缺點是隔離LED電源模塊必須增大尺寸來實現(xiàn)穩(wěn)壓電路和在55

5、V以上效率降低。分比式LED電源架構分比式LED電源架構（Factorized Power Architecture,FPA）采用3個靈活的單元來重新規(guī)定每個變換級的范圍，使得 LED電源密度和效率都比較高。第1個單元是總線變換器模塊（BCM ），這是1個窄范圍輸入、非穩(wěn)壓、高效率總線變換器，它采用ZCS-ZVS正弦幅度變換器（SAC）提供隔離和電壓變換。有高電壓（高達 384V ）和中電壓（48V ）輸入 兩個版本。FPA的第2個單元是預調器模塊（PRM ），這是1個高效率升壓一降壓變換器。 FPA的第3個單元是電壓變換模塊（VTM ），它與PRM組合在一起提供低電壓輸出（如 需要可低到0.

6、82V ）。FPA單元為LED電源系統(tǒng)設計提供更大的靈活性、伸縮性和更高的 效率（圖3）。就尺寸而言，工作在3.5MHz有效頻率的SAC,對于高LED電源變換在小封裝中采用平面磁性元件，這種結構使功率密度大于1000W/ in3 。AC-DC2C艸PFCHVPRMFTAC-帥鑒RChta斗9E-SK.鮎fijjn ASSlA29 li?5淸4.6 ii?1 盤THC R 41090 W <代話 花 86C A圖3 FPA系統(tǒng)（效率和尺寸）新一代SoCLED電源管理APC （先進的LED電源管制器）靠動態(tài)或表態(tài)管理LED電源電壓和漏電流，使 SoC（系統(tǒng)芯片）能耗最佳化。采用兩種技術：DV

7、S（ Danamic Voltage Scalling ）和AVS（ Adaptive Voltage Scalling ）來管理SoCLED電源電壓。APC適用兩個軟IP版本：APC1和APC2。 APC1設計用于單SoC ； APC2設計用更復雜 SoCLED電源管理架構，支持個并行電壓和時 鐘。APC2在內部共享電壓域時具有控制多個獨立時鐘域的能力，這種能力特別重要，這可 允許低功率工作。PWI2.0總線接口可使 APC2連接到多個外設器件或另外SoC。圖4示出采用APC2的雙域SoC系統(tǒng)架構。SoC由兩個主要邏輯單元（硬件加速器和CPU）組成。在每個電壓域內有1個用于AVS控制的硬件性

8、能監(jiān)控器（HPM ）。時鐘管理單元為電壓域 和HPMs提供時鐘信號。APC的4個主要功能單元示于 APC2單元內。控制邏輯單元提供 主接口（ AMBA-APB ）、CMU接口和中斷管理服務。環(huán)路控制器管理AVS模式中的電壓縮放。為DVS支持提供每個電壓的頻率 一電壓表。PWI2.0主機連接SoC到PMIC和其他 外設。Hwl Inawitrui 住工kAcceitr CkK*UPM2 cig.Syl»*in CiadkOptn-ccpV«sj« 7atwCk>chUr4tF>rAuf*A<C4Urs1XGoniro lodePBaffTunce

9、CcfleiAVS胃ifhQm丹1sPWIutwr vcnaa* rtgatorB BH3 "EKO9VLULjy*Vtt廠InlnrlacB圖4采用APC2的雙域SoC系統(tǒng)架構LED電源管理總線LED電源管理總線 PMBus為控制LED電源變換和管理器件規(guī)定了數(shù)字通信協(xié)議。采用PMBus，根據(jù)標準命令集可以配置、監(jiān)控和操作LED電源變換器。用 PMBus命令，設計師可以設置LED電源的工作參量、監(jiān)控LED電源的工作和根據(jù)失效和報警執(zhí)行正確的測 量。實現(xiàn)PMBus規(guī)范，要求LED電源和有關IC設計遵守其所要求的接口命令。 SMBus 提供主計算機或系統(tǒng)管理器與 PMBus依從器件之間

10、的串行通信（圖 5）。圖5所示系統(tǒng)可 以是：通用微控制器，ASIC，系統(tǒng)操作處理器，F(xiàn)PGA中的備用門，自動測試設備。PMBus 器件可以是：Pol模塊，PWM控制器IC,集成FET DC-DC變換器，磚式隔離 DC-DC變 換器，AC-DC變換器。PMBus協(xié)議允許多源LED電源管理產品。通過標準命令集 OEM能夠控制PMBus依 從的LED電源變換器。PMBus規(guī)范有兩部分：Part1包括通用要求，這部分也規(guī)定了硬件 信號傳輸和電氣接口以及定時要求；Part n規(guī)定了用在PMBus中命令語言。為了遵守PMBus規(guī)范，器件必須滿足下列條件：器件必須滿足PMBus規(guī)范PartI的所有要求；器件

11、至少支持由 PMBus規(guī)范Part n規(guī)定的一個非制造商專門命令；若器件接受PMBus命令碼，則它必須執(zhí)行 PMBus規(guī)范Part n所描述的功能；若器件不能接受給定的 PMBus命令碼，則它必須響應 PMBus規(guī)范Part n所描述的 失效管理和報告；根據(jù)LED電源應用，PMBus器件隨著內部或外部編程必須在控制狀態(tài)下起動和開始工作。器件1r 輸出電壓設定值 軟啟動斜波 工件頻率 OVP/OCP/OTPS 值 相位延遲等擦制18能血開 輸出電質 工作頻率 容限等樓測乙輸入/輸岀電壓 輸入/輸出電流 占空比 溫度尖效狀態(tài)等*圖 5 PMBus Version 1.1 可管理 AC-DC 和 DC-DCLEDPMBus協(xié)議覆蓋廣泛的LED電源系統(tǒng)架構和變換器。協(xié)議包括編程 件失效或報警的能力。對于失效條件，可以編程PMBus器件以立即判斷，機前繼續(xù)工作一特定延遲時間來做出響應。電源LED電源變換器 閉鎖和重試或關PMBus與Power-0ne的Z-One架構（圖6）的主要差別是分配 LED電源管理任務的 方法不同。Z-One分開固件使能DPM （數(shù)字LED電源管理