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品佳力推英飛淩XMC1200 MCU在智慧照明調光中的應用

 2014-04-16

【方案介紹】
MCU可助力實現智慧化LED燈泡。LED照明系統商借重內建BCCU功能的MCU,大幅縮短開發出智慧化高功率LED燈泡的時程,並協助終端使用者達成輕鬆且精準調光的目的,同時不會出現閃爍的問題

【方案特色】
XMC1200作為上述特性的單晶片解決方案,可以節省大量的CPU開銷,大幅降低軟體發展的時間,有效的減少人為導致的軟體錯誤風險。同時XMC1200系列MCU具有高性能、大容量,高可靠性的特點,可以把智慧調光廣泛的應用於生活、工業的各個方面。

達成燈泡控制調變 LED開關切換速度成關鍵 
戶外型LED燈泡的控制裝置內包含電源供應器和驅動器,其中,標準電源供應器的重要元件包括橋接整流器、功率因數校正器(PFC)及半橋諧振(LLC)諧振轉換器的降壓轉換器(圖1)。  

圖1 四通道LED照明引擎範例
四通道LED照明引擎範例

LED電流係透過線性或切換式LED驅動器,固定為仔細選定的值,選定的LED電流則取決於系統元件和所需的最高亮度,如350毫安培(mA)或700毫安培。一般街燈的LED都以相同的電流驅動;建築照明經常使用的多色燈泡,則可能使用完全不同的LED通道電流。調光時,通常是透過通訊,如數位可定址照明介面(DALI)或感測器輸入(如環境光源)觸發;燈泡的亮度和/或顏色則是透過調變驅動器的輸入(Enable Input)加以控制。  

調變指的是能夠快速開關LED,若切換速度夠快,人眼便無法辨識,看到的亮度將取決於LED開啟的平均時間。最常見的調變方式為脈衝寬度調變(PWM)和脈衝密度調變(PDM)(圖2),其中,PDM能在對等的系統時脈下達到更高的解析度,電磁干擾(EMI)特性更佳,且因為本身切換速率高,因此不容易發生閃爍。

圖2 大約25%亮度下的PWM和PDM調變
大約25%亮度下的PWM和PDM調變

產業界所開發適用於LED照明的微控制器(MCU)包含亮度及色彩控制單元(BCCU),能在最多九個通道上產生PDM訊號。高功率調光燈泡的特殊挑戰在於,LED驅動器需要最短的停留時間,LED驅動器Enable Input的調變訊號必須在最短的時間間隔內保持恆定。從經驗法則得知,功率越高,需要的最短停留時間就越長,才能保持穩定且準確的LED電流。但在高解析度和高位元速率下,尤其是在低亮度的情況下,調變訊號卻可能違反此要求。

目前產業界開發適用於LED照明的MCU可適時稍微重新排列調變訊號內的脈衝,自動解決此問題。脈衝會在分組電路內重新分組(圖3),產生新的脈衝,擁有所需的最短寬度並兼顧解析度,同時又能保持不閃爍。

圖3 未分組PDM與已分組PDM範例比較
未分組PDM與已分組PDM範例比較


另一項需求則是將電源供應器的負載變動降到最低(使負載變流暢),尤其LLC諧振轉換器對於高負載變動極為敏感。BCCU內的分組電路能夠在不同的相對通道調變訊號間加入相移,確保訊號在不同的時間點變更狀態。  

【系統方塊圖】


【方案特色】
‧隔離的DALI調光介面
‧温度检测
‧周围环境的亮度检测
‧433MHz射频控制方式

【方案照片】



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