紫外杀菌盒TI解决方案

2万 · 2020-4-3 11:10

本文转自：E2E 中文支持社区

紫外杀菌盒利用紫外线进行消杀细菌的原理，紫外LED可产生260nm~280nm波段的紫外线，直接切断细菌DNA/RNA，彻底杀死细菌，杀菌率高达99%。LED紫外杀菌技术，最早应用于美国航天水消毒，现在逐渐应用于日常生活中，LED强紫外能量能分解气味分子结构，有效去除化妆品、眼镜、手表等物件的霉味。可用于宝宝用品消毒，日常物品消毒。

TI提供了紫外杀菌盒的系统解决方案，原理框图如下。

图 1: 紫外杀菌盒的系统框图（无电池版本）

图 2: 紫外杀菌盒的系统框图（有电池版本）

供电方案

UCC2891x系列为采用调频+调幅混合控制的flyback控制器，集成了700V MOSFET，支持85-265VAC母线电压。其中，UCC28910最高可以实现9.5W的输出功率，UCC28911最高可以实现12W的输出功率。

其优点如下：

轻载时低频工作以提高效率；
MOSFET在波谷开通以减小开关损耗；
具有恒压输出和恒流输出两种模式；
最大开关频率为115kHz，通过抖频提高EMC性能；
完善的保护特性：AC 母线保护、输出过压保护、过温保护、短路保护；
采用原边反馈方式，减少了光耦和TL431，可以实现±5%的V/I调节精度；
无需外部电流检测电阻；
可以实现30mW以下的系统待机功耗；
几乎没有可闻噪声；

UCC28911的设计可以参考TIDA-00473 10-W Bias Supply for Brushless DC Applications With >75% Efficiency at Low Load Reference Design。

图 3: TIDA-00473的系统框图

TLV760是一款集成的线性稳压器，能够以高达 30V 的输入电压运行。在100mA 满负载下工作，最大压降仅有 1.2V。TLV760提供 3.3V、5V、12V 和 15V 版本。SOT-23 封装允许器件用于空间受限的场合。TLV760用承受高达 30V ，具有可靠的内部热保护功能，可以保护其自身免受接地短路、环境温度升高、高负载或高压降事件等情况的影响。

图 4: TLV760简化原理图

TLV704系列低压差线性稳压器具有极低的静态电流，适用于省电的应用场合。在全负载范围和全温度范围，其静态电流几乎不变。对于低功耗MCU（比如MSP430）来说，此器件是理想的电源管理器件。TLV704的输入电压范围为2.5V到24V，因此该器件既适用于电池供电应用，又适用于母线浪涌较大的工业应用。

图 5: TLV704简化原理图

充电方案

BQ25619是一款高度集成的1.5A电池充电管理和系统电源路径管理器件，适用于单节锂离子和锂聚合物电池。输入电压范围为3.9V到13.5V，适用于各种应用场合。BQ25619内部集成了输入反向阻断FET（RBFET，Q1）、高侧开关FET（HSFET，Q2）、低侧开关FET（LSFET，Q3）、电池FET（BATFET，Q4）和自举二极管，简化了系统设计。BATFET导通电阻只有19.5mΩ，低阻抗电源路径可优化运行效率，缩短电池充电时间并延长放电阶段的电池运行时间。5V输入，1A充电电流时，充电效率可达94%。出厂模式只有3µA的电流消耗，保证了电池电量充沛，具有充电和系统设置的I2C接口使其成为真正灵活的解决方案。

图 6: BQ25619 简化原理图

与BQ25619相比，BQ25616为独立式电池充电管理器件，最大充电电流为3A，充电速度更快。

图 7: BQ25616简化原理图

BQ2970提供针对锂离子/锂聚合物电池的保护功能，并且监控外部功率MOSFET，以便在高充放电电流时提供保护，包括过充保护、过放保护、充放电过流保护、短路检测。在正常模式运行中消耗的电流只有4µA，减少了电池的电量消耗。尺寸只有1.5mm*1.5mm*0.75mm，有利于减小电池包的体积。

图 8: BQ2970简化原理图

LED驱动方案

在智能家居以及配备人机交互功能的其他应用中，高性能 RGB LED 驱动器必不可少。LED 动画效果（如闪烁、呼吸以及追逐）可极大地改善用户体验，同时最大限度地降低系统噪声也至关重要。

LP5012是一款12 通道恒定电流阱 LED 驱动器。LP5012包含集成式色彩混合和亮度控制，并且预配置特性可简化软件编码过程。为每个通道配备的集成式 12 位、29kHz PWM 发生器可使 LED 色彩流畅、生动，并消除可闻噪声。每个 LED 独立控制，有助于实现平滑的调光效果。独立的色彩混合和亮度控制寄存器使软件编码变得非常简单。在以淡入淡出类型的呼吸效果为目标时，全局 R、G、B 组控制可显著减轻MCU负载。LP5012还可以实现 PWM 相移功能，以帮助在多个 LED 同时打开时降低输入功率。LP5012可实现自动节能模式，以实现超低静态电流。当所有通道都关断 30ms 时，该器件的总功耗会降至 10µA，这使得LP5012器件成为电池供电终端设备的潜在选择。

图 9: LP5012简化原理图

TPS61169 是一款升压型LED驱动器，内部集成一个 40V、1.8A MOSFET，可针对小型或大型面板背光照明驱动单个 LED 或 LED 串。默认的白色 LED 电流通过外部传感器电阻 RSET 设定，反馈电压稳压至 204mV。运行期间，LED 电流可通过施加到 CTRL 引脚上的脉宽调制 (PWM) 信号加以控制，该信号的占空比决定反馈基准电压。 TPS61169 不会突发 LED 电流，因此不会在输出电容器上产生可闻噪声。为提供最佳保护，该器件集成了 LED 开路保护特性，该特性会在 LED 开路状态下禁用 TPS61169，以防止输出电压超过 IC 最大绝对额定电压。

图 10: TPS61169简化原理图

主控方案

MSP430FR211x这款超低功耗、低成本的 MCU具有功能强大的 16 位 RISC CPU，提供2KB~4KB的 FRAM 和1KB的SRAM。串行接口有UART和IrDA或SPI，集成了6位DAC和8通道10位ADC，具有12个GPIO口，其低功耗的优点和QFN24(3*3mm)的封装极适合应用于便携式设备。

图 11: MSP430FR211x的内部资源

音频方案

TPA6203A1是1.25W单声道全差分音频放大器，供电范围为2.5 V到 5.5 V，可以驱动至少8 Ω的喇叭。静态电流仅有1.7mA，shutdown模式下仅消耗10 µA。2mm*2mm极小封装，且仅有5个外围器件，大大节省PCB板面积。