此外集成的獨立于內核的外設，與純模擬或ASIC實(shí)現相比可顯著(zhù)提升靈活性，擴展照明產(chǎn)品功能的同時(shí)塑造產(chǎn)品差異化，從而實(shí)現創(chuàng )新。這類(lèi)智能照明解決方案具備故障預測和維護、能量監測，色溫維持以及遠程通信和控制等功能，功能之豐富不勝枚舉，并且將因此而倍受青睞。 

 

雖然LED驅動(dòng)器與先前的照明解決方案相比具備諸多優(yōu)勢，但其實(shí)現過(guò)程中也會(huì )面臨許多挑戰。但您不必擔心，閱讀完本文章后，您將會(huì )了解如何使用8位MCU來(lái)輕松應對這些設計挑戰，從而打造出高性能的開(kāi)關(guān)模式LED驅動(dòng)解決方案，功能之豐富令傳統解決方案只能望其項背。

 

8位單片機可獨立控制最多四個(gè)LED通道，這是大多數現成LED驅動(dòng)器控制器所不具備的一項獨特能力。在圖1中，LED調光引擎可由單片機中提供的外設構成。這些引擎均具有獨立的封閉通道，極少需要甚至不需要中央處理單元（CPU）干預即可控制開(kāi)關(guān)模式電源轉換器。這樣可以釋放CPU以執行其他重要任務(wù)，比如系統中的監控功能、通信功能或新增的智能功能。

 

圖1：通過(guò)Microchip的PIC16F1779 8位單片機控制四個(gè)LED串的圖示

 

LED調光引擎
 

在圖2中，基于電流模式升壓轉換器的LED驅動(dòng)器由LED調光引擎控制。該引擎主要由互補輸出發(fā)出發(fā)生器（COG）、數字信號調制器（DSM）、比較器、可編程斜坡發(fā)生器（PRG）、運算放大器（OPA）和脈寬調制器3（PWM3）等獨立于內核的外設（CIP）組成。這些CIP與固定穩壓器（FVR）、數模轉換器（DAC）和捕捉/比較/PWM（CCP）等其他片上外設一起組成完整的引擎。COG將高頻開(kāi)關(guān)脈沖提供給MOSFET Q1，從而將能量和供電電流傳輸給LED串。COG輸出的開(kāi)關(guān)周期通過(guò)CCP和占空比設置，用于維持LED恒定電流，具體取決于比較器輸出。每當Rsense1兩端的電壓超過(guò)PRG模塊的輸出時(shí)，比較器就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖。PRG的輸入源自反饋電路中的OPA輸出，它被配置為斜率補償器，以在占空比大于50％時(shí)抵消固有次諧波振蕩的影響。

 

OPA模塊實(shí)現為具有II型補償器配置的誤差放大器（EA）。FVR用作DAC輸入，根據LED恒定電流規范為OPA同相輸入提供參考電壓。

 

為了實(shí)現調光目的，PWM3用作CCP輸出的調制器，同時(shí)驅動(dòng)MOSFET Q2以使LED快速循環(huán)亮起和熄滅。調制操作可通過(guò)DSM模塊來(lái)完成，調制后的輸出信號饋送到COG。PWM3可提供占空比可變的脈沖，用于控制驅動(dòng)器的平均電流，實(shí)際上控制的是LED的亮度。

 

LED調光引擎不僅可以實(shí)現典型LED驅動(dòng)器控制器的功能，而且還具備解決LED驅動(dòng)器典型問(wèn)題的能力?，F在，我們將探討這些問(wèn)題并分析如何使用LED調光引擎來(lái)加以避免。

 

圖2.LED調光引擎

 

 

頻閃是典型開(kāi)關(guān)模式可調光LED驅動(dòng)器可能面臨的挑戰之一。雖然精心策劃的頻閃會(huì )帶來(lái)有趣的效果，但如果LED發(fā)生意外頻閃，則會(huì )破壞用戶(hù)期望的燈光設計。為了避免頻閃并提供平滑調光體驗，應確保驅動(dòng)器從最高檔位（即100％燈光輸出）一直到最低檔位的調光效果都是連續流暢的。由于LED會(huì )瞬間響應電流變化并且不具有阻尼效果，因此驅動(dòng)器必須具有足夠多的調光檔位才能確保人眼察覺(jué)不到變化。為了滿(mǎn)足這一要求，LED調光引擎采用PWM3來(lái)控制LED的調光。PWM3是16位分辨率的PWM，從100％到0％占空比共有65536個(gè)檔位，可保證亮度平滑切換。

 

 

LED驅動(dòng)器還可以轉換LED的色溫。 此顏色變化是人眼能夠察覺(jué)得到的，削弱了客戶(hù)對享受優(yōu)質(zhì)LED照明體驗的主張。圖3給出了典型的PWM LED調光波形。當LED熄滅時(shí)，由于輸出電容緩慢放電，LED電流會(huì )逐漸減小。此事件會(huì )導致LED發(fā)生色溫漂移且功耗增大。

 

圖3.LED調光波形

 

可以使用負載開(kāi)關(guān)來(lái)防止輸出電容緩慢放電。例如，在圖2中，電路使用Q2作為負載開(kāi)關(guān)，LED調光引擎會(huì )同步關(guān)閉COG PWM輸出和Q2，以便切斷電流衰減路徑，讓LED快速熄滅。

 

 

當使用開(kāi)關(guān)模式功率轉換器驅動(dòng)LED時(shí)，將采用反饋電路來(lái)調節LED電流。但是，如果在調光期間操作不當，反饋電路會(huì )產(chǎn)生峰值電流（見(jiàn)圖3）?；仡檲D2，當LED點(diǎn)亮時(shí)，電流傳輸到LED，RSENSE2兩端的電壓饋送到EA。當LED熄滅時(shí)，沒(méi)有電流傳輸到LED，RSENSE2電壓變?yōu)榱?。在此調暗期間，EA輸出會(huì )增加到最大值，并使EA補償網(wǎng)絡(luò )過(guò)充。當調制的PWM再次導通時(shí)時(shí)，如果有高峰值電流驅動(dòng)到LED，則需要若干個(gè)周期才能恢復。此峰值電流會(huì )削減LED的使用壽命。 

 

為了避免這一問(wèn)題，LED調光引擎允許將PWM3用作OPA的改寫(xiě)源。當PWM3為低電平時(shí)，EA的輸出呈三態(tài)，將補償網(wǎng)絡(luò )與反饋回路完全斷開(kāi)，并將保持最后一個(gè)穩定反饋點(diǎn)作為補償電容中存儲的電荷。當PWM3為高電平且LED再次點(diǎn)亮時(shí)，補償網(wǎng)絡(luò )重新連接，EA輸出電壓立即跳到其先前的穩定狀態(tài)（PWM3為低電平之前），并且幾乎立即恢復LED電流設定值。

 

 

如前文所述，LED調光引擎極少需要甚至不需要CPU干預即可正常工作。因此，在將所有對于LED驅動(dòng)器的控制工作分配給各個(gè)CIP時(shí)，CPU將具有充足的帶寬來(lái)執行其他重要任務(wù)。 此外，通過(guò)對檢測到的輸入和輸出電壓進(jìn)行處理，可以執行欠壓鎖定（UVLO）、過(guò)壓鎖定（OVLO）和輸出過(guò)壓保護（OOVP）等保護功能。這樣可確保LED驅動(dòng)器按照規范要求工作，并且LED不受異常輸入和輸出條件的影響。CPU還可以處理來(lái)自傳感器的溫度數據，以實(shí)現對LED的熱管理。而且，當設置LED驅動(dòng)器的調光級別時(shí)，CPU可以處理來(lái)自簡(jiǎn)單外部開(kāi)關(guān)或串行通信命令的觸發(fā)信號。此外，LED驅動(dòng)器的參數可以通過(guò)串行通信的方式發(fā)送到外部設備以進(jìn)行監控或測試。 

 

除了上述功能之外，設計師還可以在自己的LED應用中盡情添加更多智能功能，包括通信（例如，DALI或DMX）和定制控制功能等。圖4給出了使用LED調光引擎的完整開(kāi)關(guān)模式可調光LED驅動(dòng)器解決方案示例。

 

圖4.開(kāi)關(guān)模式可調光LED驅動(dòng)器解決方案

 

 

LED調光引擎可用于打造高效型開(kāi)關(guān)模式可調光LED驅動(dòng)器。高效性體現在其能夠驅動(dòng)多個(gè)LED串、提供高效能源、確保LED達到最佳性能、維持較長(cháng)的LED使用壽命以及在系統中增添智能功能。