想找智能照明开发平台?安森美半导体的这款一定别错过~原因看了就知道~

如今,电能已经成为人类社会运转的基本动力,这也让人们患上了严重的电能“依赖症”,而当大家发现电能供应有些入不敷出时,又难免会出现“焦虑症”。所以在当今节能减排的大趋势下,但凡是电力消耗大户,都会备受关注。

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据统计,照明消耗的电能约占全球电力总能耗的1/6至1/5,因此以提升电能利用效率为主要目的的智能照明也就成了这些年的一个热点。据OFweek产业研究院统计,从2018年到2022年,全球智能照明市场规模会保持25%的复合增长率,从166亿美元增长至400亿美元。

智能照明的要素

如果我们仔细分析照明系统的构成,会发现智能照明提升能效的手段主要集中在以下几个方面:

1、照明光源

即发现和利用更为节能的照明方案。过去十多年中基于LED的照明技术的发展为此奠定了坚实的基础。LED比传统的白炽灯节能高达75%,寿命高25倍以上,且调光调色的控制更为灵活,因此是智能照明的核心支撑技术。

2、电源管理

就是要考虑从供电电源(比如市电交流电)至驱动LED的直流电源的能量转化过程中,通过创新的电源管理技术和架构,尽可能减少电能损耗,提升效率。

3、智能控制

传统的照明控制通常只有“开/关”两种方式,且需要人工去操作,如此原始的控制方式显然会产生不少能耗“盲点”。随着物联网的发展,将照明设备联网,通过云端进行统一的监控和管理,进而根据使用场景的需要,对照明设备开关、光暗、颜色的变化,并进行及时精准地调控,实现真正的“按需照明”,就成为必然且可行的选择,也是智能照明之所以“智能”的关键要义。用户可以通过一个客户端(如智能手机App)对照明系统进行远程操控,也可以基于应用环境中的传感器提供的反馈信号自动触发相关控制操作。近年来机器学习等AI技术的引入,更是让照明系统增添了自我学习和自我判断的能力,可以代替人工完成更复杂、更高效的照明系统调控。

由以上的分析我们不难看出,所谓智能照明就是基于LED和先进电源管理技术,通过物联网系统进行智能监控的系统,其规模可以小至家居中的一个灯泡,也可以大至整栋建筑乃至整个城市的照明系统。实际上,这些年我们身边这样的智能照明用例已不鲜见。

模块化开发平台

从用户的角度来讲,智能照明带来了更简单的操控体验,但从系统设计开发的角度看,则意味着整个照明系统的设计变得前所未有的复杂。所以对于想要进入这个领域的开发者,必须有一个能够涵盖灯源、电源管理、联网通信等必要技术且更为综合的开发平台作为支持,以减少开发中的工作负荷,该原型平台使工程团队能对互联照明领域进行更深入的探索和创新。

安森美半导体(ON Semiconductor)的联网照明平台,为开发者提供一个理想的选择,使照明设备成为物联网(IoT)的一部分。此互联照明平台采用模块化的方式,通过LED模块、BLE连接板、AC/DC电源板和LED驱动板四个独立功能模块的组合,构建了一个完成的智能照明系统,同时提供了足够的灵活性和可扩展性。它能以无线方式对两个LED通道进行独立控制(开/关和调光),非常适合高性价比工业LED照明解决方案的原型设计。

“图1,安森美半导体的模块化联网照明平台的组成(图源:安森美半导体)"
图1,安森美半导体的模块化联网照明平台的组成(图源:安森美半导体)

安森美半导体的联网照明平台四个主要模块的特性如下:

1、LED模块

支持2个通道的LED灯串,各灯串包括16个LED,最大亮度为7000流明。

2、BLE连接板

基于安森美半导体的RSL10 SIP无线模块,通过BLE(低功耗蓝牙)实现照明系统联网,并能够通过Web客户端或手机App设置LED照明系统的参数,并随时监控其工作状态。该模块也可支持2.4GHz专有/定制协议,与其他的传感模块相连,让开发者去探索更多的智能照明场景。

3、AC/DC电源板

负责将市电交流电(输入范围90VAC~270VAC)转换为55VDC直流电,提供给LED驱动器输入端,支持70W输出功率,在满负载时的功率因数>0.99,能效表现非常出色。安森美半导体还提供了一个PoE以太网供电模块的选项,支持最新的IEEE 802.3bt PoE标准,最高90W输出功率,为开发带来了灵活性。

4、LED驱动器板

这是整个开发平台的“中枢”。一方面这个模块会将从AC/DC电源板输出的直流电,转换为驱动两个通道LED灯串的高质量直流源;另一方面,它还有接口与BLE连接板等无线通信模块相连,实现LED照明系统联网,向控制中心提供照明系统电流电压等关键参数并接收控制指令。同时,LED驱动器板会提供一个3.3V的辅助电源,为BLE连接板上的MCU、PoE模块化中的逻辑电路供电。

将上述四个模块连接在一起,即可快速搭建起一个“四合一”的完整智能照明原型系统(如图2)。

“图2,安森美半导体的模块化联网照明平台(图源:安森美半导体)”
图2,安森美半导体的模块化联网照明平台(图源:安森美半导体)

如上文所述,由于模块化带来的可扩展性,你可以将图2中的AC/DC电源板替换为PoE模块,从以太网电源供电器中取电,让整个平台快速变身PoE智能照明系统(如图3)。

“图3,连接PoE模块的安森美半导体联网照明平台(图源:安森美半导体)”
图3,连接PoE模块的安森美半导体联网照明平台(图源:安森美半导体)

关键的四颗“芯”

可以说,安森美半导体的联网照明平台为开发者提供了一个“一站式”的解决方案,为大家省去了从不同供应商选料搭建开发平台的繁琐工作。

安森美半导体之所以能够提供如此完整的解决方案,与其全面而高性能的产品组合不无关系。如果我们深入探究每个模块的BOM,会找到几颗关键的芯片。

01、FL7740 PWM控制器

AC/DC转换是整个LED照明电源管理的第一步,在开发平台AC/DC电源板中负责该功能的是安森美半导体的FL7740 PWM控制器,这是一款高功率因数原边恒压的单级原边端调节(PSR)控制芯片,可在稳态下提供精确的恒压调节,最大限度地减少线路和负载瞬态条件下输出电压的过冲和下冲。FL7740 PWM控制器还具有宽通用输入范围、低待机功耗、逐脉冲电流限制、过载保护、检测电阻短路和开路保护等特性。FL7740可在高线路和半负载条件下实现超过0.9的功率因数,功耗大于91%,启动时间小于0.2秒,待机功耗低于0.3W,非常适合智能照明的应用所需。

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02、FL7760 CCM降压控制器

安森美半导体LED驱动板上的“主角”是FL7760连续导通模式(CCM)降压控制器,它采用了电流迟滞控制架构,可通过检测外部高侧检测电阻两端的电压来精确调节LED电流,在输入电压和输出负载瞬态条件下提供稳定的LED电流。FL7760 CCM控制器还具有宽输入范围、高开关频率、高拉/灌电流和逐周期峰值电流限制等特性,使得LED驱动板的效率可以达到96%。FL7760与FL7740搭配使用形成的两级LED照明解决方案,易于匹配MCU实现无频闪的多通道调光调色等高品质应用,支持低于0.5W的低待机要求,也是安森美半导体针对智能LED照明特别优化的一个解决方案。

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03、RSL10多协议SiP

在BLE连接板中,实现无线联网通信和监控功能的是安森美半导体的RSL10多协议SiP,这是一个支持最新Bluetooth 5标准的高集成解决方案,它在一个封装中集成了RSL10 SoC、板载天线及所有必要的无源元件,最大限度地减小系统整体尺寸,同时完全符合FCC、CE和其他法规标准,无需额外的天线设计考虑或射频认证。其中的RSL10 SoC采用双核结构,兼具高性能和低功耗的特性,适用于诸多物联网应用场景。对于LED照明的智能化,这是不可或缺的一颗“芯”。

了解RSL10多协议SiP详情,点击这里>>

04、NCP1096大功率PoE-PD控制器

另一颗值得推荐的“芯”,就是作为平台可选的PoE模块核心的NCP1096大功率PoE-PD控制器。作为安森美半导体推出的最新以太网供电受电设备 (PoE-PD) 接口控制器,NCP1096支持最新的IEEE 802.3bt PoE标准,并与之前的802.3af和802.3at标准兼容。它包含PoE应用中所需的功能,例如在浪涌阶段进行检测、分类和电流限制等,还特别集成了N沟道MOSFET负载开关,可在辅助电源为PD供电时提高能效。有关NCP1096更多的介绍,可参考我们之前的文章《PoE以太网供电标准又双叒升级了,你的PD控制器选好了吗?》。

了解NCP1096大功率PoE-PD控制器详情,点击这里>>

可以看到,安森美半导体联网照明平台在BOM的选料中,尽可能地与最新的标准保持同步,加之模块化的可扩展性,可以让这个“追新”的过程不间断进行下去,让开发者得以紧随技术进步的节奏起舞。

软件开发环境

除了在硬件上下足了工夫,安森美半导体的联网照明平台还提供了完整而丰富的软件资源,包括可定制固件的CMSIS-Pack、IDE、免费RTOS、各种用例,以及可提供感应和控制功能的移动App。

在完成了平台搭建和原型开发之后,开发者就可以通过这个名为“RSL10 Sense and Control”的App,将手机作为一个控制中心客户端,直观地通过调节PWM等参数,分别对两个通道的LED灯串进行调控,并实时监测系统状态。

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图4,安卓版RSL10 Sense and Control应用程序用户界面(图源:安森美半导体)

安森美半导体还提供一个RSL10 FOTA App,使用户可以通过无线网络完成RSL10的远程空中下载固件升级(FOTA),为开发和应用提供便利。

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图5,使用RSL10 FOTA App进行固件设计的步骤(图源:安森美半导体)

贸泽电子之前已经介绍过不少开发平台,从中我们不难发现,优秀的开发平台都有很多相似之处:它们都基于先进的芯片提供了优异的性能;它们都在提供一站式的设计资源的同时考虑了未来开发的可扩展性;在硬件之外,它们也大都会在软件开发资源上做足功课,为开发者提供便利……同样的,这些优秀的开发工具的特质,在安森美半导体这款模块化的联网照明开发平台身上体现得非常充分。

如果你看了本文的介绍,已然对这款开发平台怦然心动,正好,贸泽电子的官网为你提供了全面的技术资料,收藏起来,好好品读吧!

设计资源

安森美半导体联网照明平台介绍

FL7760 CCM降压控制器

FL7740 PWM控制器

NCP1096大功率PoE-PD控制器

RSL10多协议系统级封装

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