作者:Richard Wang11

相關討論文章:UCC28911, UCC28910, TL431, TLV733P, TPS7A03, BQ25619, BQ25616, BQ2970, LP5012, TPS61169, TPA6203A1

 

紫外線(UV)殺菌盒利用紫外線殺死細菌。UV LED可產生260至280奈米波長的紫外線,可破壞細菌DNA/RNA鏈,徹底殺死細菌,殺菌率高達99%。

 LED紫外線殺菌技術最初被用在太空人在太空任務的飲用水消毒,現在則廣泛用於你我的日常生活。強大的LED紫外線能量還能分解氣味的分子結構,有效地去除眼鏡、手錶等日常用品的黴味並消毒。

 圖1為電池型紫外線殺菌盒的系統設計。攜帶型的電池版本,相當受到經常旅行的消費者歡迎。

1:電池型紫外線殺菌盒的原理圖

 

本文將著重在紫外線殺菌盒中的TI元件,並解釋他們如何幫助解決該應用中的種種挑戰。

 

電源方案

 ¥UCC28911產品系列附有FM和AM混合控制的返馳式控制器,整合700-V金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFETs),支援85至265-VAC匯流排電壓範圍。UCC28910最大輸出功率為9.5 W,而UCC28911最大輸出功率為12 W。

 

這些元件提供以下優勢:

  • 低頻操作,可提高輕載效率。
  • 波谷切換,減少切換損失。
  • 恆壓和恆流兩種輸出模式。
  • 115kHz最大切換頻率設計,用於高功率密度和頻率抖動,以減少電磁干擾。
  • 保護功能包括AC匯排保護、輸出過電壓保護、過溫保護和短路保護。
  • 使用初級側調整模式減少光絕緣器和TL431分流調節器的數量,達到±5%的電壓和電流調整準確度。
  • 無需外部電流感測電阻器。
  • 可實現低於30mW的系統待機功率。
  • 無噪音風險。

 

下載參考設計:用於無刷DC應用程式的10W偏置電源,低負載效率為>75%

 

圖2為TI 10W偏置電源參考設計的系統原理圖。

210W偏置電源參考設計的系統原理圖

 

TLV733P是一種低壓差線性穩壓器(LDO),在300 mA負載下通常低壓差為125 mV,提供1.0-V至3.3-V的固定輸出選項。TLV733P為穩定、無需輸入/輸出電容器,可同時提供 X2SON和SOT-23封裝,是空間受限設計的絕佳解決方案。圖3為TLV733P的簡化原理圖。

3TLV33P的簡化原理圖

 

圖4的TPS7A03低壓差線性穩壓器為一種超低靜態電流元件,專為功耗敏感型應用而設計。TPS7A03除了提供200-nA的靜態電流之外,還為具有動態負載的always-on系統提供出色的瞬態回應。靜態電流在整體負載電流和周圍溫度範圍內幾乎保持恆定。TPS7A03是低功耗微控制器(MCU),如 MSP430Tm MCU的電源管理附件。TPS7A03運作的輸入電壓為1.5 V至6.0 V。非常適合電池供電系統以及具備大型纜線和負載瞬態的工業應用。

4TPS7A03簡化原理圖

充電方案

 對於紫外線滅菌盒,縮短充電時間並延長電池運作時間非常重要。圖5為1.5-A整合BQ25619充電管理和系統電源路徑管理元件,這有助於滿足上述兩項重要功能。其寬3.9-V 至13.5-V輸入電壓範圍讓BQ25619適合各種應用。電池場效應電晶體的導體電阻器為

19.5 mΩ,,低阻抗功率路徑管理有助於優化運行效率,縮短電池充電時間並延長放電階段的電池運作時間。藉由其5 V輸入和1-A充電電流,充電效率可達到94%。設計師可透過I2C 而非外部設置更改充電設定檔,I2C介面與充電和系統因此成為一個具有彈性的解決方案。

 

5BQ25619簡化原理圖

如圖6所示,BQ25616是一款獨立的電池充電管理設備,最大充電電流為3 A,因為充電電流較高,充電速度比BQ25619快。

6BQ25616簡化原理圖

紫外線殺菌盒中其中一個特別的設計挑戰是縮減電池組的體積,以節省空間。圖7中BQ2970為單節鋰離子/鋰聚合物電池組提供保護功能,並監控外部電源MOSFET,以便在高電荷和放電電流時提供保護,包括過充保護、過放電保護、過流保護和短路偵測。正常模式操作中消耗的電流為4 μA,可降低電池的功耗。尺寸為1.5mm x 1.5mm x 0.75mm,有助於縮小電池組的尺寸。

7BQ2970簡化原理圖

LED 驅動方案

 高效能RGB LED 驅動程式在智慧家庭和其他包括人機互動在內的應用中至關重要。可以藉由美觀的視覺效果如閃爍、呼吸和追蹤等LED動態效果可大幅改善用戶體驗。在這些應用中,盡可能地減少系統噪音也至關重要。如圖8所示,LP5012為一個12通道恆流LED驅動程式。包括整合色彩混合和亮度控制,而預設功能可協助簡化軟體編碼過程。為每個通道配備的整合12位元、29 kHz脈衝寬度調變(PWM)發電機讓LED顏色流暢生動,並消除可聽見的噪音。每個LED都可獨立控制,達到流暢的調整光源效果。獨立的色彩混合和亮度控制暫存器簡化了軟體編碼。

 

LP5012的平行輸出功能和自動省電模式有助於節省電力,非常適合電池供電的終端設備。

 

Figure 8: Simplified schematic diagram of the LP5012

8LP5012的簡化原理圖

The TPS61169 shown in Figure 9 is a boost LED driver with an integrated internal MOSFET that can drive LED strings in the UVC wavelength (between 200 and 280 nm). The LED current is set through the external sensor resistance, RSET. During operation, a PWM signal applied to the CTRL pin can control the LED current. The duty cycle of the PWM signal determines the feedback reference voltage. The TPS61169 will not burst LED current, so it does not generate audible noise on the output capacitor.

圖9中的TPS61169為一款升壓LED驅動程式,具有整合的內部MOSFET,可在200到280 nm間的UVC波長驅動 LED字串。LED電流通過外部感測器電阻RSET設置。在運作過程中,應用於CTRL針腳的PWM訊號可以控制LED電流。PWM訊號的值週期決定反饋參考電壓。TPS61169不會突衝LED電流,因此不會在輸出電容器上產生噪音。

 


Figure 9: Simplified schematic diagram of the TPS61169

9TPS61169簡化原理圖

 

主控制方案

 如圖10所示,MSP430FR211x是超低功耗、低成本的MCU,具備強大的16位元通用型精簡指令集中央處理單元,提供2KB至4KB的鐵電隨機存取記憶體和1KB的靜態隨機存取記憶體。序列介面選項包括通用異步接收傳送器、紅外線通訊技術或序列週邊介面。MCU整合了 6位元數位類比轉換器和8通道10位元類比數位轉換器,並具有12個通用輸入/輸出埠。其低功耗和四方扁平無引線3mm x3mm封裝非常適合可攜式設備。

 

10MSP430FR211x內部資源

 

音訊方案

 在紫外線殺菌盒中使用音訊放大器來顯示狀態。如圖11所示,TPA6203A1為一款1.25W單聲道全差分音訊放大器,電源範圍為2.5 V至5.5 V,可驅動阻抗至少8 Ω的揚聲器。靜止電源電流為1.7 mA,而關機模式消耗10 μA。2 mm x 2 mm封裝,配備五個週邊裝置,可節省印刷電路板區域。

11TPA6203A1參考原理圖

 

有關TPA6203A1的設計內容,請參考汽車叢集驅動程式通知功能參考設計

 針對紫外線殺菌盒時常見的幾種設計挑戰,TI 提供各種解決方案,減少系統尺寸、節省電力並提升用戶體驗。

Anonymous