越來越多的照明控制方案出現(xiàn)在現(xiàn)在的照明工業(yè)中,因此電源的設計、燈的驅動電路、安全保護、管理接口等各方面都變得愈加靈活。目前,照明技術主要包括主流的熒光燈、LED燈和HID技術等,其廣泛應用使電源驅動的拓撲結構差異非常大,從常見的Flyback、Buck、Boost以及延伸出來的其他結構都在被大量使用,產品設計是否采用先進的數(shù)字節(jié)能控制設計,是否支持flyback、Buck、Boost等靈活的拓撲結構應用,研發(fā)周期和投放市場時間的長短將決定產品的成敗,然而傳統(tǒng)的照明方案往往是采用專用器件來實現(xiàn)的,難以滿足快速發(fā)展的需求。
因此,一個優(yōu)秀的照明平臺解決方案無疑需要支持靈活的拓撲結構應用,并滿足DALI、DMX512、0-10V、無線、紅外等當今主流照明控制方案的調光、組網(wǎng)需求,針對這種狀況,世強電訊開發(fā)了以瑞薩(Renesas)電子78K0/Ix2系列MCU為核心的智能照明平臺解決方案,外加豐富的參考設計,在硬件電路和軟件開發(fā)為照明廠商多樣化的照明設計方案提供有效的指導,幫助廠商更高效地開發(fā)擁有自己知識產權的照明系統(tǒng)。
2 78K0/Ix2系列MCU介紹
78K0/Ix2系列MCU是瑞薩(Renesas)電子面向照明應用領域精心設計的高性能8位MCU,如圖1,該系列MCU定位于用于滿足目前照明市場高分辨率調光控制、異常檢出保護、智能化節(jié)能控制等熱門需求,依靠單MCU實現(xiàn)低成本、高性能的綠色節(jié)能照明系統(tǒng)。
圖1-78K0/Ix2系列MCU設計理念
78K0/Ix2系列MCU內置豐富的硬件資源,為靈活的照明電源驅動設計和調光控制提供了優(yōu)秀的硬件支持。具體表現(xiàn)在:
a. 16 bit PWM計時器最大計數(shù)時鐘頻率40MHz,輸出和比較器連動,進行PFC 控 制,帶2路死區(qū)時間控制的PWM輸出,適合驅動半橋/全橋電路,實現(xiàn)變頻控制;
b. 內置運放、多路高速10bit A/D和比較器等模擬電路,簡化了外圍電路
c. 定時器能觸發(fā)A/D采樣,捕捉合適的信號有用點
d. 比較器/外部中斷能實現(xiàn)硬件的禁止輸出功能,反應快速,保證安全
e. 定時器遙控接口和UART功能,面向紅外和無線遙控的應用,有DALI總線接 口的通訊模塊,適用于智能照明控制
f. 多個保護模塊:窗口型看門狗、時鐘監(jiān)控、低壓報警等,工作可靠
3 世強智能照明平臺方案
世強電訊開發(fā)的智能照明平臺解決方案主要基于78K0/Ix2系列MCU上述豐富的硬件功能資源為核心,定位于照明產品高性能、低成本的設計目標,在LED照明、熒光燈、HID照明等領域為客戶提供多種靈活的參考設計。
圖2是LED驅動控制應用的參考方案,在該方案中,只需利用比較器、PWM輸出連動功能,就能夠獨立進行3路恒流控制;通過改變內部參考電壓或PWM輸出設置即可實現(xiàn)調光;并且MCU支持各種傳感器和DALI、DMX512、模擬量輸入等多種通信接口,可根據(jù)外部環(huán)境選擇合適的通訊控制方案,實現(xiàn)最佳控制。
圖2-78K0/Ix2 LED驅動控制
下面就Flyback電路舉例說明通過比較器進行恒流控制的過程。
圖3-Flyback電路恒流控制
對于開關電源,PWM占空比決定輸出電壓,如圖3,電路開始工作后,LED電流經采樣后加到MCU內置比較器端口,和參考值進行比較,產生中斷信號,來調整PWM的占空比,其變化過程見圖4,如當電流大于參考值時,降低占空比;反之,提高占空比,最終達到一個負載電流動態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。
對于調光,78K0/Ix2系列MCU有多種方式來實現(xiàn),通過改變比較器參考電壓或者利用定時器TMH1和PWM輸出連動功能,另外,世強電訊的方案也可以利用該款MCU強大的數(shù)據(jù)處理運算能力,通過ADC功能和嵌入的算法控制來實現(xiàn)恒流控制,同時為MCU功能擴展提供了充足資源。
圖4-恒流控制原理
圖5是世強電訊嵌入DALI協(xié)議的智能照明平臺方案,該方案利用MCU內置DALI總線接口的通訊模塊,利用單個MCU完成燈具調光、組網(wǎng),實現(xiàn)高性能的DALI綠色節(jié)能照明系統(tǒng),目前已經作為國內某大型照明廠商的參考設計。DALI從機系統(tǒng)主要分為通訊模塊和LED驅動控制模塊兩部分,外圍電路設計簡單。
圖5-DALI從機系統(tǒng)結構
采用BOOST電源拓撲結構,輸入電壓經過升壓后直接驅動LED燈;負載電流采樣,通過嵌入算法實現(xiàn)恒流控制; MCU內置DALI通訊接口,通過總線和DALI 主機連接,實現(xiàn)和主機的相互通訊,完成上位機發(fā)出的操作控制指令;燈具溫度、光照度傳感器信號加到MCU端口,實現(xiàn)異常檢測保護。
4 總結
以上,世強電訊基于78K0/Ix2系列MCU的智能照明平臺解決方案具有以下特點:
a 高性能:MCU內置ADC、比較器、數(shù)字運算放大器等豐富的硬件資源可以支持BUCK、BOOST、FLYBACK等多種靈活的電源驅動設計方案,嵌入DALI、DMX512等照明控制協(xié)議,即可實現(xiàn)照明燈具調光、組網(wǎng)的目的。同時,該方案還具有過壓、過流、過溫等異常檢出保護功能,產品安全性、可靠性更高
b 低成本:由圖3、圖5可以看出世強電訊智能照明平臺方案電路設計簡便快捷,單MCU附加簡單的外圍電路即可實現(xiàn)智能化控制,目前眾多的ASIC設計方案,除了需要一顆MCU實現(xiàn)智能調光和通訊外,還需專用LED驅動芯片,在較大功率應用中,往往還需要外置的MOSFET,所以在成本方面與目前眾多的ASIC方案對比如下:
對比可見,世強智能照明平臺方案具有很高的性價比,采用該方案將使產品更具市場競爭力;
c 78K0/Ix2 MCU自身的豐富資源有利于照明產品功能的拓展和多樣化,滿足不同廠商多領域的應用需求,實現(xiàn)高效靈活的功率級應用
目前,世強電訊智能照明平臺解決方案已經被國內多家照明廠商采用,對于客戶,世強電訊將提供*估板、參考程序和相關的開發(fā)軟件,并提供硬件設計、軟件開發(fā)等方面全方位的技術支持。
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