硬件设计参考

更新时间:2023-03-03 03:34:34下载pdf

第一步:选择模组

  • Wi-Fi

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  • 蓝牙 Mesh(Tuya)

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  • 蓝牙 Mesh(SIG)

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  • Zigbee

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第二步:选择模组供电方式

AC-DC 恒压输出供电

  • 模组正常工作电压范围为 3.0-3.6V。

  • 如果输出电压高于 3.3V,需考虑输出电压纹波及供给模组以外的输出功率。防止输出功率不足导致输出电压欠压。导致模组供电不足。电源供电需保证最大输出功率下,模组供电电压稳定。

  • 如果输出电压为模组供电电压 3.3V。设置输出电压中心值 3.3V。电压纹波小于 100mV。Wi-Fi 平均电流约 80mA。ACDC 需具有输出 200mA 平均电流能力。电源输出动态电流需达到峰值 450mA,输出电压不低于 2.8V。3.3V Wi-Fi 模组供电管脚加 0.1uF 瓷片电容滤除干扰。而蓝牙和 Zigbee 供电,输出 3.3V 电压纹波小于 100mV,DC/DC 具有输出 50mA 平均电流能力。且动态条件输出电流 100mA 时,输出电压不低于 2.8V。

  • 在低待机功耗应用场合,需选择低待机功耗 ACDC 驱动芯片。配合使用低待机电流的模组。

  • AC-DC 供电电路需使用二极管加电容与主功率部分隔开(下图红色圈注)。防止模组在工作时对主功率部分的影响。特别是线性恒流驱动电源。避免出现灯光抖动现象。

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DC-DC 恒压输出供电

  • 如果 DC 电压供电给内置 DC/DC 降压电路的模组,DC 电压不超过 40V。

  • 当 DC 电压超过 3.3V,需使用降压型控制芯片降压至 3.3V。推荐开关型降压控制芯片。如下图所示。Wi-Fi 模组时,注意输出 3.3V 电压纹波小于 100mV,DC/DC 具有输出 200mA 输出电流能力。且动态条件下输出电流 450mA 时,输出电压不低于 2.8V。靠近 3.3V Wi-Fi 模组供电管脚加 0.1uF 瓷片电容滤除干扰。而蓝牙和 Zigbee 供电,输出 3.3V 电压纹波小于 100mV,DC/DC 具有输出 50mA 平均电流能力。且动态条件输出电流 100mA 时,输出电压不低于 2.8V。

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  • 不推荐使用 LDO 供电给 Wi-Fi 模组。如果使用 LDO,则需要选用供电电流 500mA 以上的芯片,同时需要注意散热,输入电压高于 5V 时建议使用开关电源芯片。

第三步:模组安放和天线位置

可以把无线信号的传输看成光线传输,在传输路径上如果遇到金属,信号会被阻挡。并且如果天线贴在金属面上,那么模组基本不能正常工作。

球泡灯需要将模组的天线从铝基板开槽伸出,且板载天线部分都需要高于铝基板。在不影响光源效果和不产生阴影前提下,尽可能把天线伸出灯杯的屏蔽环境。

在全金属外壳,尤其是筒射灯、户外应用,一定需要考虑天线射频的设计,甚至需要采用外置天线。

驱动器中,模组的需要远离变压器,电感等器件。

第四步:选择 LED 驱动方式

一路 W-AC/DC 恒流驱动调光方案

  • 开关型 AC/DC 恒流驱动调光方案

    如下图所示。

    优点:效率高,PF 高。恒流特性好。线性度好。输出电压可调范围宽等等。

    缺点:EMI 较差,成本高。PWM 调光有噪音。PCB 布局较难。

    模组输出 PWM 信号。

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  • 线性 AC/DC 恒流驱动调光方案

    优点:成本低,无 EMI 问题,PCB 布局简单。PWM 调光无噪声。

    缺点:效率低,窄电压范围恒流特性差。线性度差。输出电压固定等。难以实现高 PF。

    模组输出 PWM 信号。

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两路 AC/DC 恒流驱动调光方案

两路调光方案有两种控制方式,CW 和 CCT。CW 为两路 PWM 信号亮度和色温混合控制的一种调光调色方式。两路信号分别为 CW 和 WW。CW 控制白光(高色温),WW 控制暖光(低色温)。单路调光时使用 CW 控制信号。CCT 为亮度和色温分别控制的一种实现方式。一路信号 Bright 控制亮度,一路信号 CCT 控制色温。详细见管脚配置。

  • CW 控制 AC/DC 恒流驱动方案(开关)

    优点:效率高,恒流特性好,线性度高。调光效果好。

    缺点:EMI 较差,电路有噪声,在小占空比下色温偏移比较严重。电路布局复杂,成本高。

    模组输出 CW 和 WW 两路 PWM 信号。
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  • CW 控制 AC/DC 恒流驱动方案(线性)

    优点:成本低,无 EMI 问题,PCB 布局简单。PWM 调光无噪声。

    缺点:效率低,窄电压范围恒流特性差。线性度差。输出电压固定,在小占空比下色温偏移比较严重等。

    模组输出 CW 和 WW 两路 PWM 信号。
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  • CCT 控制 AC/DC 恒流驱动方案

    优点:效率高,恒流特性好,线性度高。调光效果好。亮度控制可以选择模拟方式,无噪音。

    缺点:EMI 较差,色温偏移基本不变。电路布局相对简单,成本较低(相比线性 CW 控制,成本高)。

    模组输出 Bright 和 CCT 两路 PWM 信号。
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RGB 驱动恒流调光方案

  • DC/DC PWM 控制线性恒流驱动

    模组输出 PWMR,PWMG,PWMB 三路 PWM 信号。线性恒流驱动可以实现 RGB 电流的恒定输出。
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  • DC/DC I2C 控制线性恒流驱动

    I2C 控制只需 DAT 和 CLK 两个信号即可实现三路或者五路灯的控制,控制管脚相对减少。减少了模组管脚的负担。模组输出 DAT 和 CLK I2C 信号给驱动芯片从而控制 RGB 电流恒流。使用 I2C 方案控制需要注意 PCB 布局走线。I2C 信号容易受到开关信号(来自 ACDC 驱动电路)的干扰。如果干扰比较严重,可以考虑在 PCB 布局时 DAT 和 CLK 加滤波电容(10pf-50pf)做滤波来改善。
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    I2C 信号需要在模组外围 DAT 和 CLK 信号上加上拉电阻。电阻阻值一般选择 4.7K(可根据实际应用选择)。

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  • DC/DC PWM 控制 BJT/MOS 开关驱动

    使用 BJT 或者 MOS 通过 PWM 信号开关控制 RGB,RGB 不恒流,离散性较大。且同样输入条件下,由于红光二极管电压低,需要在控制红光一路加电阻来限流。增加了不必要的损耗。注意灯珠电压与输入电压压差不要太大。

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五路 AC/DC I2C 线性恒流驱动调光方案

  • 优点:方案简单,外围参数简单,成本低。控制只需 DAT 和 CLK 两个信号。

  • 缺点:线性恒流驱动,DAT 和 CLK 信号容易被干扰。

    RGB 需单独供电。且推荐使用 AC/DC+DC/DC 方案供电给模组。

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第五步:模组引脚定义

CW 脚在配网状态时,会输出高低电平指示配网状态。

若只有 1 路光时,需要使用 CW 脚来控制。若有冷暖灯时,CW 控制方式使用 CW 接冷光,WW 接暖光。CCT 控制方式 Bright 接亮度控制,CCT 接色温控制。

管脚定义如下:

Wi-Fi 模组

  • 乐鑫模组:

    TYWE3S TYWE3L TYWE5P

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    IO5 W CW Bright
    IO13 WW CCT
    IO4 R SCL
    IO12 G
    IO14 B SDA
    IO16 低功耗

    TYWE3SE

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    IO22 W CW Bright
    IO13 WW CCT
    IO5 R SCL
    IO25 G
    IO14 B SDA
    IO33 低功耗

    TYWE1S TYLC4

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    IO5 W CW Bright
    IO13 WW CCT
    IO4 R SCL
    IO12 G 低功耗
    IO14 B SDA

    TYWE2S TYWE2L

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    IO14 W CW Bright
    IO12 WW CCT
    IO5 R SCL
    IO4 G 低功耗
    IO13 B SDA

    TYLC5

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    IO14 W CW Bright R SCL
    IO12 WW CCT B SDA
    IO4 G 低功耗

    TYLC6 TYLC8

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    IO14 W CW Bright R SCL
    IO12 WW CCT B SDA
    IO13 G 低功耗

    TYLC6E

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    IO4 W CW Bright
    IO5 WW CCT R
    IO12 G SDA
    IO14 B SCL
    IO13 低功耗

    TYLC2V

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    IO5 W CW Bright
    IO12 WW CCT R
    IO14 G SDA
    IO4 B SCL
    IO13 低功耗
  • Realtek 模组

    WR1(与 TYWE1S 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_5 W CW Bright
    GPIOA_18 WW CCT
    GPIOA_22 R SCL
    GPIOA_15 G 低功耗
    GPIOA_14 B SDA

    WR3 WR3L (与 TYWE3S TYWE3L 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_12 W CW Bright
    GPIOA_0 WW CCT
    GPIOA_5 R SCL
    GPIOA_15 G
    GPIOA_14 B SDA
    GPIOA_19 低功耗

    WR3E WR3LE (与 TYWE3S TYWE3L 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_12 W CW Bright
    GPIOA_22 WW CCT
    GPIOA_5 R SCL
    GPIOA_15 G
    GPIOA_14 B SDA
    GPIOA_29 低功耗

    WR5P(与 TYWE5P 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_12 W CW Bright
    GPIOA_5 WW CCT
    GPIOA_14 R SCL
    GPIOA_15 G
    GPIOA_0 B SDA
    GPIOA_22 低功耗

    RLC2V RLC7V(与 TYLC2V 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_5 W CW Bright
    GPIOA_12 WW CCT R
    GPIOA_14 G SDA
    GPIOA_15 B SCL
    GPIOA_0 低功耗

    RLC4(与 TYLC4 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_5 W CW Bright
    GPIOA_12 WW CCT
    GPIOA_19 R SCL
    GPIOA_15 G 低功耗
    GPIOA_14 B SDA

    WR2L(与 TYWE2L 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_15 W CW Bright
    GPIOA_14 WW CCT
    GPIOA_19 R SCL
    GPIOA_12 G 低功耗
    GPIOA_5 B SDA

    WR2E(与 TYWE2S 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_15 W CW Bright
    GPIOA_24 WW CCT
    GPIOA_12 R SCL
    GPIOA_19 G 低功耗
    GPIOA_5 B SDA

    WR2(与 TYWE2S 硬件脚位兼容)

    IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
    GPIOA_15 W CW Bright
    GPIOA_14 WW CCT
    GPIOA_12 R SCL
    GPIOA_0 G 低功耗
    GPIOA_5 B SDA

涂鸦蓝牙 Mesh 模组

TYBY3

IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
GPIOA_15 W CW Bright
GPIOA_14 WW CCT
GPIOA_12 R SCL
GPIOA_0 G 低功耗
GPIOA_5 B SDA

TYBT4L(与 TYWE3S 硬件脚位兼容)

IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
GPIOA_15 W CW Bright
GPIOA_14 WW CCT
GPIOA_12 R SCL
GPIOA_0 G
GPIOA_5 B SDA
GPIOA_5 低功耗

TYBT8(与 TYLC5 硬件脚位兼容)

IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
PWM1 W CW Bright R SCL
PWM0 WW CCT B SDA
PWM4 G 低功耗

SIG 蓝牙 Mesh 模组

BT3L(与 TYWE3S 硬件脚位兼容)

IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
TL_B5 W CW Bright
TL_C2 WW CCT
TL_B4 R SCL
TL_C3 G
TL_D2 B SDA
TL-D7 低功耗

BT8C(与 TYLC5,TYBT8 硬件管脚兼容)

IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
PWM1 W CW Bright R SCL
PWM0 WW CCT B SDA
PWM4 G 低功耗

Zigbee 模组

TYZS3 TYZS1L(与 TYWE3S 硬件脚位兼容)

IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
GPIO3 W CW Bright
PWM1 WW CCT
PWM2 R SCL
PWM3 G
SWO B SDA
GPIO0 低功耗

TYZS15(与 TYLC5,TYBT8,BT8C 硬件管脚兼容)

IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
PWM3 W CW Bright R SCL
PWM1 WW CCT B SDA
PWM2 G 低功耗

TYZS9V(与 TYLC2V 硬件脚位兼容)

IO 名称 单色 冷暖 cct RGB(PWM) RGB(I2C)
PWM2 W CW Bright
GPIO2 WW CCT R
PWM3 G SDA
PWM1 B SCL
GPIO0 低功耗

下列为部分模组管脚图:

硬件设计参考 硬件设计参考 硬件设计参考 硬件设计参考 硬件设计参考

由于乐鑫 8266 芯片在上电瞬态,部分 IO 不稳定初始化为弱输出,会有(持续 180ms)高脉冲,使高电平点亮的灯闪亮。为避免这种情况,可以把这些 IO 外接下拉电阻,阻值 ≤ 3.3K。(根据外围电路的差异或需要改更低的阻值) 详见如下引脚初始状态表。

引脚初始状态表:

管脚 初始化状态 建议
IO2 上拉输出 外部下拉
IO4 高阻 外部下拉
IO5 高阻 外部下拉
IO12 上拉输出 外部下拉
IO13 上拉输出 外部下拉
IO14 上拉输出 外部下拉
IO15 输出置低
IO16 输出置高