#LED驅動器 #PWM調光 #擴展頻譜頻率調變SSFM #汽車照明 #工業機器視覺
【機器視覺和頻閃因關斷時間,驅動 LED 的洩漏電流將大增!】
LED 的應用範圍不斷擴大,對 LED 驅動器的設計要求也隨之提高。內建開關和內部脈寬調變 (PWM) 調光能力和同步電源開關的 LED 驅動器,可配置為升壓、降壓或升降壓模式;能在很小的封裝尺寸提供大功率,同時控制邊緣速度並降低不想要的場致輻射並消除高頻振鈴,在高效率和低雜訊之間提供恰當平衡。LED 燈串由受控的電流驅動,該電流不必直接返回地,LED+ 和 LED- 或其中任一端子可連至非地電位,為浮動輸出 DC/DC LED 驅動器拓樸創造機會。
高壓側 PWM-TG (傳輸閘) 驅動器和同步開關可配置為升壓、降壓或升降壓模式 LED 驅動器,且 IC 所有功能都可用;意即內部 PWM 調光、SSFM (擴展頻譜頻率調變)、低電磁干擾 (EMI)、ISMON 輸出電流監視器和輸出故障保護功能,從標準升壓拓樸到降壓/升降壓拓樸都能提供。PWM-TG 驅動器簡化了用於 PWM 調光的 MOSFET 連接,在浮動 LED 拓樸中,開路和短路保護不受影響。因此,可滿足汽車白天行車燈、訊號指示燈或尾燈 LED 驅動器的要求。
為防止受到 LED 串短路和開路的影響,需要保護電路,而該元件固有的彈性和內建故障保護功能有助於減少保護電路所需的元件數。當然,恰當的佈局和少量鐵氧體珠濾波也要使用,以獲得最佳 EMI 結果;若需進一步降低 EMI,還可為輸入端增加一個較大的 LC 濾波器。迄今為止,PWM 調光需要一個外部時脈或微訊號;不過,具內部產生 PWM 調光訊號的 LED 驅動器,僅需在 PWM 針腳加上一個外部電壓設定工作週期,就可實現 128:1 PWM 調光比。
PWM 週期 (例如 122Hz) 是由 RP 針腳上的單個電阻設定的。對於具冗餘燈組的車輛而言,有必要保證 LED 電流的準確度、兩側燈的亮度必須匹配;但以同樣方式製造出來的 LED 在採用同樣驅動電流時,產生的亮度可能不同。內部調光功能可用來在接近或幾乎達到 100% 工作週期時微調亮度,然後設定準確的 10:1 或 100:1 調光比。這可使燈組製造商避免因特別分級 LED 而提高成本:當需要較高調光比時,可從外部以通常方式調光。
在有些應用中,甚至可設定為以 5000:1 的外部 PWM 調光比運行,PWM 調光還可以與驅動器的類比調光相結合,提供超過 50000:1 的亮度控制。在工業流水線應用中,機器視覺運用高速數位攝影和數位成像處理,快速提供有關設備的視覺回饋資訊。這有助於在無需或很少需要人工檢查的情況下,迅速發現並隔離有缺陷的產品。機器視覺系統的照明必須與流水線的速度同步,同時能夠針對無限期的關斷時間產生一致的光脈衝。
由於輸出電容會逐漸放電,常規 LED 驅動器只要 PWM 輸入訊號保持低位準,無論時間長短、都無法維持輸出電壓,故通用 LED 驅動器不適合機器視覺這類應用。但本文提及的新型驅動器在 PWM 訊號下降沿時,以數位方式對轉換器的輸出狀態採樣,後透過在 PWM 關斷且 LED 被高壓側 PMOS 斷開時執行「保持切換」,故能在長時間關斷時保持輸出電壓,不會拉走太大的漏電流,可解決機器視覺和頻閃因關斷時間、導致洩漏電流增大數十至數百倍的問題!
延伸閱讀:
《同步、低 EMI LED 驅動器具內建開關和內部 PWM 調光能力》
http://compotechasia.com/a/ji___yong/2017/0401/35077.html
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洩漏電流 標準 在 台灣物聯網實驗室 IOT Labs Facebook 的最佳解答
切合物聯網低能耗需求 SPOT翻轉MCU設計思維
2016/6 Keith Odland
在設計物聯網系統時,功耗是一項關鍵性因素,它甚至取代了性能,成為產業發展的推動力量。可實現極低操作電壓的亞閾值功率最佳化(SPOT)技術,可以在降低晶片功耗方面帶來非常大的突破,甚至能讓性能較高的Cortex-M4F核心比Cortex-M0+核心更加省電。
在設計可攜式系統時,功耗是一項關鍵性因素,它甚至取代了性能,而成為產業發展的推動力量。降低功耗能夠延長電池壽命以及允許使用更小、更輕的電池,不僅可最大限度地降低成本,還可縮小設備的尺寸,增強對用戶的吸引力。在理想情況下,甚至有可能開始考慮採用能源採集(Energy Harvesting)作為電力的來源,以完全取代電池。
不過,顯著減少功耗須要大幅轉變邏輯的設計方式。亞閾值功率最佳化技術(Subthreshold Power Optimized Technology, SPOT)是一種與傳統邏輯電晶體設計不同的方法,在遠遠低於被視為正常的電壓位準之下運作。
在傳統設計中,會有一個使得電路被認為是「開」的閾值電壓,而任何低於這個數值的電壓則被視為是「關」。這通常意味著要將電晶體驅動到最高1.8伏特(V)電壓,以建立一種「開」的狀態,雖然它看起來像是二進位,但實際上並非如此。
即使在低於閾值電壓的約1.0伏特電壓亦存在著電流流動,然而,傳統上不認為這些洩漏電流是好事。但透過使用SPOT方法,實際上可以從電流中提取一個「開」訊號,由於功耗與所施加電壓的平方成正比,因此可以達到相當顯著的功率節省(圖1),例如達到0.5伏特運作電壓便可以實現高達13倍的功率節省;進一步使用0.3伏特亞閾值電壓,更可以實現36倍的改善。
SPOT技術加持 催生Apollo控制器
Ambiq Micro一直都是以SPOT技術來開發Apollo系列微控制器,這是首款十分依賴亞閾值電壓電晶體運作的微控制器(MCU)元件。此一解決方案在工作模式下有低至30μA/MHz的耗電,而在待機模式下則是100奈安培(nA)電流。有趣的是,這款解決方案選擇安謀國際(ARM)Cortex M4F核心。與傳統上選擇使用安謀國際Cortex-M0+核心的其他低功率微控制器不同,Ambiq特意選擇M4F核心有以下兩個主要原因:
第一,亞閾值電路技術讓Ambiq可以在不增加額外功耗的前提下採用M4F核心。基於M4F的Apollo微控制器功耗遠低於所有其他M0+解決方案,便是最好的證明。
第二是在穿戴式產品和物聯網(IoT)等主要市場中,越來越依賴大量的感測器和複雜演算法。採用M4F核心有一個很大的優勢,因為其效能比M0+高得多,可以更快執行完指令。
Apollo系列微控制器的設計,開始於所有邏輯單元都將使用SPOT技術的假設,並透過智慧決策決定何處不可行或不需要SPOT技術。在某些情況下,超閾值(Superthreshold)電壓是完全可以接受的。
例如,若這是正好在啟動(Boot Up)時發生的事件,然後這些電晶體便可以完全處於傳統的超閾值域,因為這對元件的整體能耗沒有影響。在其他需要更快速獲取信令資訊(Signaling Information)的場合,能夠提高電壓來提供充足的性能。這意味著Apollo系列在超閾值電壓下運行的比例很小,元件大部分都是在近閾值或亞閾值域運行。
SPOT概念先進 須有全新配套
SPOT技術的一項關鍵要求是實作時必須採用標準的主流互補式金屬氧化物半導體(CMOS)技術,由於這需要全面瞭解低電壓情況下的洩漏特性,所以實際上很難做到。
晶圓代工廠很難精確地針對洩漏特性建模,因為它們並未預期人們會在這麼低的電壓下操作元件。這需要多年的晶片測試和晶圓片定期代工(Wafer Shuttle)的經驗,才能全面建立這些亞閾值域的模型,以及建立它們如何隨溫度、製程漂移和雜訊影響而改變的模型。所有這些參數在這樣低電壓域下是高度敏感的,因此必須先完成許多工作和建模,才能真正瞭解這些效應的影響。
然而,建立低電壓特性的模型僅是第一步,更艱難的事情是建立一套動態的可適應性電路(Adaptive Circuit),以解決這些存在於亞閾值域的許多問題。真正理解亞閾值的效應,從而構建全新的模型和客製化單元庫,可以設計出同時具備動態及可適應性特性的專利電路,以協助克服在低電壓域出現的某些負面效應。
製程的後段工作也是一項挑戰。符合產業標準的測試儀未能在使用亞閾值技術所產生的picoAmp和nanoAmp水準進行測試工作,因此還須要開發特別的負載板和測試夾具。
簡而言之,這種創新亞閾值技術的實施方案需要一種全新的思路,涵蓋從電晶體直到評估套件的整個設計流程,它還需要完全不同的結構思維方式,以獲得更大的節能成效。Apollo系列元件可減少的能耗多達10倍,讓系統設計人員在其設計中擁有前所未見的更大靈活性和更長電池壽命。
(本文作者為Ambiq Micro高級行銷總監)
附圖:圖1 在亞閾值區域中,開/關電流比率的數量級較小。
資料來源:http://www.mem.com.tw/article_content.asp?sn=1605310006
洩漏電流 標準 在 經濟部 Facebook 的最佳貼文
電冰箱是家中不可或缺的電器,經濟部標檢局為電冰箱的安全性和能源效率把關,從一般電器經銷商及3C大賣場隨機購樣10件廠牌型式的樣品檢測,進行「標示檢查」、「溫升試驗」、「洩漏電流及絕緣耐電壓」、「變壓器及相關電路之過載保護」、「構造檢查」、「重要零組件比對」及「能源效率檢測」,結果全部樣品都符合國家標準要求。
標檢局也會在未來繼續不定期從市面抽查,為民眾監督和把關電冰箱的安全性。
更多資訊請見:
http://www.moea.gov.tw/Mns/populace/news/News.aspx…
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