支持 PoE 的智能 LED 照明系统如何降低电源复杂性

作者：系统研究与应用技术负责人 Akshat Jain；Aman Jha，系统研究与应用技术人员；和意法半导体系统研究与应用技术营销经理 Fabrizio Di Franco

提高能源效率、简化安装并促进数据收集和监控的差异化 LED 照明系统已成为家庭、办公室和工业环境的要求。LED 照明的全球接受度也使 LED 系统成为通过使用传感器作为物联网 (IoT) 的一部分来增加智能的理想选择。在这样的系统中，电源转换效率和电路复杂性将受益于低电压（低于 60V SELV）运行。

以太网供电 (PoE) 是电信基础设施不可或缺的一部分，同一条以太网电缆可用于智能照明应用。因此，它减轻了交流电源处理的复杂性以及安全威胁。本文介绍了STEVAL-POEL45W1，这是一款恒流智能 LED 驱动器，能够在以太网 RJ-45 电缆上工作并通过蓝牙低功耗 (BLE) 进行无线控制。

LED 驱动器的电源能够在 37V 至 57V 输入直流电压下工作，最大输出功率为 48W。评估板具有数字/PWM 调光功能，PWM 调光深度接近 1% . LED 的智能调光和开/关通过 Android 应用程序进行控制。待机功率（空载）消耗符合 EnergyStar 和欧盟生态设计标准设定的能源目标。对于大部分输入电压范围，转换器效率达到 95%。LED 开路和短路等所有保护功能都包含在开发的解决方案中。STEVAL-POEL45W1 评估板尺寸紧凑，适合现有的市售 LED 挤压件。

系统概述室内照明市场占照明应用市场的 13%。它目前由 90 至 265 VAC 通用输入电源和 47 至 63 Hz 线路频率的交流基础设施提供服务。如图 1所示的 PoE 标准演进 现在能够在受电设备 (PD) 侧处理高达 71.3 W 的额定功率。因此，PoE 基础设施极大地推动了 LED 照明应用。图 2 显示了支持 PoE 的智能照明系统的框图。

图 1：PD PoE 标准的演变。

STMicroelectronics 的电源转换控制器LED6000用于在恒流模式下驱动 LED。由于 LED6000 的高频操作，这为开发具有如此高效率 (>95%) 的紧凑型 48-W 解决方案创造了可能性。LED6000 具有一个用于数字调光的 DIM 引脚和一个用于实现驱动器开和关的 EN 引脚。LED 驱动器具有内置保护机制，可管理源端和负载端的故障。

SPBTLE-1S是经过射频 (RF) 认证的 BLE 模块，用于与任何具有蓝牙连接的 Android 手机进行无线通信。BLE 模块已被编程为生成 PWM 信号，用于调整连接到 LED6000 的 LED 灯的亮度级别。

每个评估板都有不同的 AC 地址用于点对点通信。PM8805用作PoE 接口。它嵌入了两个有源电桥及其驱动电路、一个用于驱动高侧 MOSFET 的电荷泵、热插拔 MOSFET 以及标准单签名 IEEE 802.3bt 兼容接口，包括检测、分类、UVLO 和浪涌电流限制. BLE 模块的管家电源基于VIPer012XS，管理降压拓扑中的辅助 SMPS。

图 2：STEVAL-POEL45W1 框图。

开发的STEVAL-POEL45W1 LED驱动器评估板如图3所示。它能够以高效率、良好的电流调节、低待机功耗和低电流纹波处理敢达48瓦的输出功率。

图3:STEVAL-POEL45W1评估板。

调光控制通过PoE为评估板供电时，LED以最大亮度点亮。LED的调光和开/关可通过使用意法半导体的PoE Lighting Android应用程序进行控制。Android应用程序在谷歌Play商店免费提供。

Android应用程序通过蓝牙与SPBTLE-1S通信。成功将评估板与Android应用程序配对后，Android设备将显示如图4所示的屏幕。通过单击灯泡图标来控制LED的开/关，通过调整灯泡图标周围的栏可以更改LED的亮度。BLE模块SPBTLE-1S根据选定的调光水平调整发送至LED6000 LED驱动器的占空比信号。LED驱动器的PWM频率为500 Hz。

图4:PoE照明Android应用程序。

实验结果评估了STEVAL-POEL45W1在不同负载下的总体效率、电流调节和调光性能。在48 VDC的100%负载下，效率高于95%。无花果。图5、6和7显示了LED驱动器在调光行为、电流调节和效率方面的性能。备用功耗小于100 mW。

图5：不同亮度水平下的输出电流与输入电压。

图6：不同负载下电流调节与输入电压的关系。

图7.不同负载下的效率与输入电压的关系。

结论数控 PoE LED 驱动器可以提供 48 W 的输出功率。系统可以将 LED 调暗至最大亮度级别的 1%，而不会出现任何闪烁。实验结果表明在宽输入电压和负载条件下具有高效率和良好的电流调节能力。

审核编辑 黄昊宇