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品佳力推英飞凌XMC1200 MCU在智能照明调光中的应用

 2014-04-16

【方案介绍】
MCU可助力实现智慧化LED灯泡。LED照明系统商借重内建BCCU功能的MCU,大幅缩短开发出智能化高功率LED灯泡的时程,并协助终端使用者达成轻松且精准调光的目的,同时不会出现闪烁的问题

【方案特色】
XMC1200作为上述特性的单芯片解决方案,可以节省大量的CPU开销,大幅降低软件开发的时间,有效的减少人为导致的软件错误风险。同时XMC1200系列MCU具有高性能、大容量,高可靠性的特点,可以把智慧调光广泛的应用于生活、工业的各个方面。

达成灯泡控制调变 LED开关切换速度成关键 
户外型LED灯泡的控制装置内包含电源供应器和驱动器,其中,标准电源供应器的重要组件包括桥接整流器、功率因子校正器(PFC)及半桥谐振(LLC)谐振转换器的降压转换器(图1)。

图1 四信道LED照明引擎范例
四信道LED照明引擎范例

LED电流系透过线性或切换式LED驱动器,固定为仔细选定的值,选定的LED电流则取决于系统组件和所需的最高亮度,如350毫安(mA)或700毫安。一般街灯的LED都以相同的电流驱动;建筑照明经常使用的多色灯泡,则可能使用完全不同的LED通道电流。调光时,通常是透过通讯,如数字可寻址照明接口(DALI)或传感器输入(如环境光源)触发;灯泡的亮度和/或颜色则是透过调变驱动器的输入(Enable Input)加以控制。  

调变指的是能够快速开关LED,若切换速度够快,人眼便无法辨识,看到的亮度将取决于LED开启的平均时间。最常见的调变方式为脉冲宽度调变(PWM)和脉冲密度调变(PDM)(图2),其中,PDM能在对等的系统频率下达到更高的分辨率,电磁干扰(EMI)特性更佳,且因为本身切换速率高,因此不容易发生闪烁。  

图2 大约25%亮度下的PWM和PDM调变
大约25%亮度下的PWM和PDM调变


产业界所开发适用于LED照明的微控制器(MCU)包含亮度及色彩控制单元(BCCU),能在最多九个信道上产生PDM讯号。高功率调光灯泡的特殊挑战在于,LED驱动器需要最短的停留时间,LED驱动器Enable Input的调变讯号必须在最短的时间间隔内保持恒定。从经验法则得知,功率越高,需要的最短停留时间就越长,才能保持稳定且准确的LED电流。但在高分辨率和高比特率下,尤其是在低亮度的情况下,调变讯号却可能违反此要求。

目前产业界开发适用于LED照明的MCU可适时稍微重新排列调变讯号内的脉冲,自动解决此问题。脉冲会在分组电路内重新分组(图3),产生新的脉冲,拥有所需的最短宽度并兼顾分辨率,同时又能保持不闪烁。

图3 未分组PDM与已分组PDM范例比较
未分组PDM与已分组PDM范例比较

另一项需求则是将电源供应器的负载变动降到最低(使负载变流畅),尤其LLC谐振转换器对于高负载变动极为敏感。BCCU内的分组电路能够在不同的相对信道调变讯号间加入相移,确保讯号在不同的时间点变更状态。  

【系统方块图】


【方案特色】
‧ 隔离的DALI调光界面
‧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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