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二线制双色温灯带原理及控制方式

双色温灯带顾名思义为两种色温的灯珠均匀排布在柔性基板上组成的灯带,在家居照明、商业照明、工业照明等领域都有广泛应用,如果我们配合前级控制电路调节流经两种色温灯珠电流比例,就可以混出含两种色温在内的任意中间色温。举个实际应用的例子,我们可以在冬天时将室内照明色温切换为温暖的暖色,在夏天时切换为清凉的冷色,在其余时间段设定为中间色,再延伸一点,如果我们将两种白光灯珠更换为红蓝灯珠,就可以为植物生长提供照明,通过改变配比可满足不同植物不同生长时期对光照的需求。

目前市面上的双色温灯带多为三线制,如上图,即一根接暖色,一根接冷色,一根接公共端。在控制方式上又可分为两种:共阴极和共阳极,共阴极时需要使用PNP管或者PMOS作为其开关管,共阳极时则使用NPN或NMOS作为开关管,电路中还需要1对互补型PWM来驱动开关管,需要注意的是两路PWM之前需要留有死区时间,所以两路PWM Duty加起来接近100%但不能等于100%。

以上做法为目前各厂商都在用的成熟方案,在这里不作过多介绍,现在提出一种新的设计思路——把三线减少一根线,即改为两线制。在我看来减少一根线有很多好处:1.前级驱动只需要放置2PIN端子或者2个焊盘就可以完成设计,节省很多空间,2.在需要引线的场合,两根线较三根线成本更低,接线更方便,走线更简洁,3.灯带侧也只需要放置2PIN端子或者2个焊盘就可以完成设计,PCB上回路走线可以更粗,有利于降低损耗,实现灯带小型化设计,更容易满足客户做到尽量窄的需求。

将两种色温的灯珠极性相反并联连接,假如C(COOL)为冷白光灯珠,W(WARM)为暖白光灯珠,由上面原理图可知,当A为正极B为负极时,冷白光灯珠亮,当B为正极A为负极时,暖白灯珠亮,若A、B极性以高于某个频率翻转变化时,类似数码管的动态显示,就可以实现视觉上冷暖色灯珠同时亮的效果,调节A/B高低电平的比例可实现混光后整灯色温的变化。

如何控制A、B两点的电平翻转?常用的是如下电路,主架构是由2个PMOS及2个NMOS组成,在此解释下工作原理:PWMA与PWMB为互补的一对PWM,一般由单片机输出,两者之间存在死区时间防止上管与下管同时导通。1.当PWMA为高电平,PWMB为低电平时,M4导通,Q2导通,M2 Vgs电压为-5V,M2导通,此时A为负极B为正极,2.当PWMA为低电平,PWMB为高电平时,M3导通,Q1导通,M1 Vgs电压为-5V,M1导通,此时A为正极B为负极,上述1、2过程依次循环。

下面为仿真结果:

比例:PWMA Duty为50%,PWMB Duty为49%

比例:PWMA Duty为10%,PWMB Duty为89%

结语:三线制双色温灯带及两线制双色温灯带的原理及控制已经介绍完毕,两者各有优劣势,如果各方面没有限制,使用三线制灯带是更有优势的,控制简单,元器件成本低,如果受空间及接线限制比较大,可以尝试使用两线制做法。总之,两类方案殊途同归,具体使用场合具体分析使用哪种方案,毕竟适合自己的才是最好的。

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