基于PIC16F1779的8位MCU高性能LED调光引擎设计

Excelpoint世健 2018-01-07 10:17 次阅读

开关模式可调光LED驱动器凭借其高效性以及对LED电流的精确控制而闻名。这类LED驱动器还可以提供调光功能,使得最终用户在营造奇幻灯光效果的同时有效降低自身功耗。基于8位单片机(MCU)的解决方案可针对此类应用提供必要的模块,从而实现通信、定制和智能控制功能。此外集成的独立于内核的外设,与纯模拟或ASIC实现相比可显著提升灵活性,扩展照明产品功能的同时塑造产品差异化,从而实现创新。这类智能照明解决方案具备故障预测和维护、能量监测,色温维持以及远程通信和控制等功能,功能之丰富不胜枚举,并且将因此而倍受青睐。 

虽然LED驱动器与先前的照明解决方案相比具备诸多优势,但其实现过程中也会面临许多挑战。但您不必担心,阅读完本文章后,您将会了解如何使用8位MCU来轻松应对这些设计挑战,从而打造出高性能的开关模式LED驱动解决方案,功能之丰富令传统解决方案只能望其项背。

8位单片机可独立控制最多四个LED通道,这是大多数现成LED驱动器控制器所不具备的一项独特能力。在图1中,LED调光引擎可由单片机中提供的外设构成。这些引擎均具有独立的封闭通道,极少需要甚至不需要中央处理单元(CPU)干预即可控制开关模式电源转换器。这样可以释放CPU以执行其他重要任务,比如系统中的监控功能、通信功能或新增的智能功能。

图1:通过Microchip的PIC16F1779 8位单片机控制四个LED串的图示

LED调光引擎

在图2中,基于电流模式升压转换器的LED驱动器由LED调光引擎控制。该引擎主要由互补输出发出发生器(COG)、数字信号调制器(DSM)、比较器、可编程斜坡发生器(PRG)、运算放大器(OPA)和脉宽调制器3(PWM3)等独立于内核的外设(CIP)组成。这些CIP与固定稳压器(FVR)、数模转换器(DAC)和捕捉/比较/PWM(CCP)等其他片上外设一起组成完整的引擎。COG将高频开关脉冲提供给MOSFET Q1,从而将能量和供电电流传输给LED串。COG输出的开关周期通过CCP和占空比设置,用于维持LED恒定电流,具体取决于比较器输出。每当Rsense1两端的电压超过PRG模块的输出时,比较器就会产生一个输出脉冲。PRG的输入源自反馈电路中的OPA输出,它被配置为斜率补偿器,以在占空比大于50%时抵消固有次谐波振荡的影响。

OPA模块实现为具有II型补偿器配置的误差放大器(EA)。FVR用作DAC输入,根据LED恒定电流规范为OPA同相输入提供参考电压。

为了实现调光目的,PWM3用作CCP输出的调制器,同时驱动MOSFET Q2以使LED快速循环亮起和熄灭。调制操作可通过DSM模块来完成,调制后的输出信号馈送到COG。PWM3可提供占空比可变的脉冲,用于控制驱动器的平均电流,实际上控制的是LED的亮度。

LED调光引擎不仅可以实现典型LED驱动器控制器的功能,而且还具备解决LED驱动器典型问题的能力。现在,我们将探讨这些问题并分析如何使用LED调光引擎来加以避免。

图2.LED调光引擎

频闪

频闪是典型开关模式可调光LED驱动器可能面临的挑战之一。虽然精心策划的频闪会带来有趣的效果,但如果LED发生意外频闪,则会破坏用户期望的灯光设计。为了避免频闪并提供平滑调光体验,应确保驱动器从最高档位(即100%灯光输出)一直到最低档位的调光效果都是连续流畅的。由于LED会瞬间响应电流变化并且不具有阻尼效果,因此驱动器必须具有足够多的调光档位才能确保人眼察觉不到变化。为了满足这一要求,LED调光引擎采用PWM3来控制LED的调光。PWM3是16位分辨率的PWM,从100%到0%占空比共有65536个档位,可保证亮度平滑切换。

LED色温转换

LED驱动器还可以转换LED的色温。 此颜色变化是人眼能够察觉得到的,削弱了客户对享受优质LED照明体验的主张。图3给出了典型的PWM LED调光波形。当LED熄灭时,由于输出电容缓慢放电,LED电流会逐渐减小。此事件会导致LED发生色温漂移且功耗增大。

图3.LED调光波形

可以使用负载开关来防止输出电容缓慢放电。例如,在图2中,电路使用Q2作为负载开关,LED调光引擎会同步关闭COG PWM输出和Q2,以便切断电流衰减路径,让LED快速熄灭。

峰值电流

当使用开关模式功率转换器驱动LED时,将采用反馈电路来调节LED电流。但是,如果在调光期间操作不当,反馈电路会产生峰值电流(见图3)。回顾图2,当LED点亮时,电流传输到LED,RSENSE2两端的电压馈送到EA。当LED熄灭时,没有电流传输到LED,RSENSE2电压变为零。在此调暗期间,EA输出会增加到最大值,并使EA补偿网络过充。当调制的PWM再次导通时时,如果有高峰值电流驱动到LED,则需要若干个周期才能恢复。此峰值电流会削减LED的使用寿命。 

为了避免这一问题,LED调光引擎允许将PWM3用作OPA的改写源。当PWM3为低电平时,EA的输出呈三态,将补偿网络与反馈回路完全断开,并将保持最后一个稳定反馈点作为补偿电容中存储的电荷。当PWM3为高电平且LED再次点亮时,补偿网络重新连接,EA输出电压立即跳到其先前的稳定状态(PWM3为低电平之前),并且几乎立即恢复LED电流设定值。

完整解决方案

如前文所述,LED调光引擎极少需要甚至不需要CPU干预即可正常工作。因此,在将所有对于LED驱动器的控制工作分配给各个CIP时,CPU将具有充足的带宽来执行其他重要任务。 此外,通过对检测到的输入和输出电压进行处理,可以执行欠压锁定(UVLO)、过压锁定(OVLO)和输出过压保护(OOVP)等保护功能。这样可确保LED驱动器按照规范要求工作,并且LED不受异常输入和输出条件的影响。CPU还可以处理来自传感器的温度数据,以实现对LED的热管理。而且,当设置LED驱动器的调光级别时,CPU可以处理来自简单外部开关或串行通信命令的触发信号。此外,LED驱动器的参数可以通过串行通信的方式发送到外部设备以进行监控或测试。 

除了上述功能之外,设计师还可以在自己的LED应用中尽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。图4给出了使用LED调光引擎的完整开关模式可调光LED驱动器解决方案示例。

图4.开关模式可调光LED驱动器解决方案

结论

LED调光引擎可用于打造高效型开关模式可调光LED驱动器。高效性体现在其能够驱动多个LED串、提供高效能源、确保LED达到最佳性能、维持较长的LED使用寿命以及在系统中增添智能功能。


Excelpoint世健 技术专区

原文标题:【世说设计】Microchip专家技术文章:LED调光引擎

文章出处:【微信号:Excelpoint_CN,微信公众号:Excelpoint世健】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

关注电子发烧友微信

有趣有料的资讯及技术干货

下载发烧友APP

打造属于您的人脉电子圈

关注发烧友课堂

锁定最新课程活动及技术直播
收藏 人收藏
分享:

评论

相关推荐

义隆MCU单片机EM88F711N

发表于 04-19 10:30 72次阅读
义隆MCU单片机EM88F711N

32位已成主流 8位MCU市场是否还有出路

纵横市场数十年的8位MCU,至今仍是开发各种嵌入式系统的关键器件,甚至在未来的物联网(IoT)时代中....

发表于 04-18 14:54 22次阅读
32位已成主流 8位MCU市场是否还有出路

全球前五大车用MCU供应商抢绑代工产能 台积电、联电接单各自精彩

不单是瑞萨、意法这些车用芯片厂商急着寻求上游晶圆代工的合作伙伴,更广泛的说,全球前五大车用 MCU ....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 04-18 09:53 170次阅读
全球前五大车用MCU供应商抢绑代工产能  台积电、联电接单各自精彩

瑞萨电子RX200系列32位MCU,具有增强功能和低功耗特点

RX210是具有高性能和支持大容量存储器的低功耗微控制器。该系列具有1.62 V~5.5 V的宽工作....

的头像 瑞萨电子 发表于 04-18 08:50 513次阅读
瑞萨电子RX200系列32位MCU,具有增强功能和低功耗特点

新唐单片机n76e003的ADC这么配置有什么问题吗?AD读出来是错的。

发表于 04-17 13:32 128次阅读
新唐单片机n76e003的ADC这么配置有什么问题吗?AD读出来是错的。

最新款气体传感器SGP30逆向分析

空气污染已经逐渐成为一个全球问题。无论你是谁,身处何地,健康状况如何,我们每天呼吸的空气无时无刻不在....

的头像 MEMS 发表于 04-17 11:44 213次阅读
最新款气体传感器SGP30逆向分析

IoT和工业4.0的大浪潮下,为什么说MCU是核心支柱

ZLG推出全新IoT MCU,ZLG116和ZLG217,带你感受AMetal全新编程体验!

的头像 周立功单片机 发表于 04-17 06:03 1420次阅读
IoT和工业4.0的大浪潮下,为什么说MCU是核心支柱

基于汽车照明评估板STEVAL-ILL073V1主要特性

ST公司的ALED1642GW是16路LED驱动器,具有误差检测,电流增益控制和12/16位PWM亮....

发表于 04-17 03:57 21次阅读
基于汽车照明评估板STEVAL-ILL073V1主要特性

物联网到底需要什么样的MCU 性能与功耗仍是关键

既然应用于物联网,那么无论是现在还是未来MCU的连网能力都是用于物联网连接设备中关键的特性之一。强大....

发表于 04-16 14:29 52次阅读
物联网到底需要什么样的MCU 性能与功耗仍是关键

比特大陆挖矿带旺半导体行业 最高端挖矿机种搭载189颗ASIC芯片

玉山投顾分析,比特大陆占全球份额七成以上,旗下最高端挖矿机种蚂蚁矿机S9搭载189颗ASIC芯片,目....

发表于 04-16 11:06 42次阅读
比特大陆挖矿带旺半导体行业 最高端挖矿机种搭载189颗ASIC芯片

一文看懂集成电路芯片的成本计算

大规模集成电路芯片, 比如SoC(System on chip),由多核CPU和GPU组成,用于智能....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 04-15 10:15 350次阅读
一文看懂集成电路芯片的成本计算

MAX32660及评估板MAX32660 EVK主要特性

Maxim公司的MAX32660是具有浮点单元(FPU)的超低功耗ARM MCU,集成了灵活和多种电....

发表于 04-13 08:37 82次阅读
MAX32660及评估板MAX32660 EVK主要特性

LPC8N04及LPC8N04开发板主要特性PCB设计图

NXP公司的LPC8N04是内置NFC接口的ARM Cortex-M0+ MCU,工作频率高达8MH....

发表于 04-13 07:45 38次阅读
LPC8N04及LPC8N04开发板主要特性PCB设计图

MCU、MPU、CPU为何均离不开RTC电路设计

RTC(Real_Time Clock)为整个电子系统提供时间基准,MCU、MPU、CPU均离不开R....

的头像 ZLG致远电子 发表于 04-12 08:33 1357次阅读
MCU、MPU、CPU为何均离不开RTC电路设计

Precision32芯片方案介绍 延续8位MCU优势

Precision32结合了Cortex-M3 CPU和多种模拟组件,主要包括:两个12位ADC、两....

发表于 04-11 13:11 42次阅读
Precision32芯片方案介绍 延续8位MCU优势

7小技巧:如何选择MCU和电源让您的嵌入式电路设计更高效

1、 MCU 的选择 选择 MCU 时要考虑 MCU 所能够完成的功能、MCU 的价格、功耗、供电 ....

发表于 04-10 15:56 480次阅读
7小技巧:如何选择MCU和电源让您的嵌入式电路设计更高效

采用5000:1 PWM调光的36V,2A LED驱动器通过Silent Switcher架构满足CISPR 25 Class 5 EMI限制:采用线性设计的ADI功率注

汽车平视显示器,信息娱乐系统和仪表板照明中的LED背光灯必须足够亮才能在白天直接照射到汽车中,但能够....

的头像 设计idea 发表于 04-10 09:06 690次阅读
采用5000:1 PWM调光的36V,2A LED驱动器通过Silent Switcher架构满足CISPR 25 Class 5 EMI限制:采用线性设计的ADI功率注

EM78P173N义隆单片机MCU规格书

发表于 04-09 11:51 453次阅读
EM78P173N义隆单片机MCU规格书

EM78P153B义隆单片机MCU中文规格书

发表于 04-09 11:45 417次阅读
EM78P153B义隆单片机MCU中文规格书

MSP430G2001IPW14R

发表于 04-08 10:09 148次阅读
MSP430G2001IPW14R

EFM32xx系列MCU内部集成实现无磁水表计量技术方案

本文基于SiliconLabs公司EFM32xx系列MCU内部集成的Low Energer Sens....

发表于 04-07 21:30 117次阅读
EFM32xx系列MCU内部集成实现无磁水表计量技术方案

台积电独吃,瑞萨车用最先端MCU传全数委外生产

日经新闻 26 日报导,微控制器(MCU)巨头瑞萨电子(Renesas Electronics)计划....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 04-06 14:01 763次阅读
台积电独吃,瑞萨车用最先端MCU传全数委外生产

华大半导体在哪里_华大半导体的mcu怎么样

华大半导体有限公司于2014年5月8日在上海自贸区市场监督管理局登记成立。法定代表人董浩然,公司经营....

的头像 汽车玩家 发表于 04-04 15:30 544次阅读
华大半导体在哪里_华大半导体的mcu怎么样

LM3434主要特性 DLP投映仪RGB LED驱动器介绍

本文介绍了LM3434主要特性,框图,输出10A和20A应用电路,LM3434 20A评估板主要特性....

发表于 04-04 10:41 116次阅读
LM3434主要特性 DLP投映仪RGB LED驱动器介绍

TMS320F28027F和LM5170的四相双向汽车12V/48V电源系统(TI方案)

TI公司的TIDA-01168是四相双向汽车12V/48V电源系统参考设计,采用两个LM5170-Q....

发表于 04-04 08:44 60次阅读
TMS320F28027F和LM5170的四相双向汽车12V/48V电源系统(TI方案)

【下载】《数字逻辑电路的ASIC设计》

发表于 04-03 17:14 994次阅读
【下载】《数字逻辑电路的ASIC设计》

请问像4054那样的充电ic,如何用单片机读取chrg端口充电状态

发表于 04-03 15:57 360次阅读
请问像4054那样的充电ic,如何用单片机读取chrg端口充电状态

基于S32R274的汽车雷达MCU开发方案介绍

本文介绍了S32R274主要特性,框图和系列产品性能比较表,以及评估板S32R274EVB主板和子板....

发表于 04-03 11:38 207次阅读
基于S32R274的汽车雷达MCU开发方案介绍

通过0.9V工作电压提供超低功耗,实现高性能产品

电子产业不断发展的趋势是开发功耗更低、支持更小电池供电的产品。但是目前单体电池供电产品的系统解决方案....

的头像 电子设计 发表于 04-03 09:13 2653次阅读
通过0.9V工作电压提供超低功耗,实现高性能产品

基于FRAM的MCU为低功耗应用提高稳定性

安全性在包括智能手机配件、智能仪表、个人健康监控、遥控以及存取系统等各种应用中正在变得日益重要。要保....

发表于 04-02 19:56 48次阅读
基于FRAM的MCU为低功耗应用提高稳定性

单片机MCU义隆EM78P372N

发表于 04-02 15:56 510次阅读
单片机MCU义隆EM78P372N

不得不说ASIC成为数字电子电路集成首选方法

COTS 模块的情形则完全不同。在技术和商用因素的驱动下,基于模块的解决方案出现了明显的势头。开关电....

的头像 EDA365 发表于 04-01 08:37 1960次阅读
不得不说ASIC成为数字电子电路集成首选方法

TI推出带集成电容式触摸的MSP430FR2512和MSP430FR2522

TI近日推出采用CapTIvate™技术的MSP430™微控制器(MCU)系列产品,为成本敏感型应用....

的头像 德州仪器 发表于 03-31 10:56 542次阅读
TI推出带集成电容式触摸的MSP430FR2512和MSP430FR2522

解决芯片量产问题,MCU成最大焦点

随着越来也多的电子厂商不断为物联网(IoT)推出新产品,全球MCU出货量正出现巨大成长动能。特别是当....

的头像 ZLG致远电子 发表于 03-30 08:49 1640次阅读
解决芯片量产问题,MCU成最大焦点

9.5W TRIAC可调光,功率因数校正的隔离式LED驱动器

该工程报告描述了一种TRIAC可调光隔离反激式LED驱动器,设计用于在输入电压范围为90 VAC至1....

的头像 设计idea 发表于 03-29 16:51 1065次阅读
9.5W TRIAC可调光,功率因数校正的隔离式LED驱动器

泸州倍赛达第一项客制化ASIC项目完成 或在亚洲世界级晶圆代工厂生产

该工程项目是为一欧洲客户定制的,应用为新一代利用光波作数据传输,而且可以在消费或工业终端设备上使用....

发表于 03-28 11:37 73次阅读
泸州倍赛达第一项客制化ASIC项目完成 或在亚洲世界级晶圆代工厂生产

单片机MCU义隆的最新选型表

发表于 03-28 09:11 519次阅读
单片机MCU义隆的最新选型表

Diodes推 LED驱动器为商业照明增添调光功能

AL8862 降压 LED 驱动器具备宽输入电压范围和整合式功率 MOSFET,能为 LED 照明驱....

发表于 03-27 13:43 116次阅读
Diodes推 LED驱动器为商业照明增添调光功能

集成度最高的EFM32系列32位MCU Giant Gecko 11

Silicon Labs 基于 EFM32 Tiny Gecko 11 ARM® Cortex®-M....

的头像 SiliconLabs 发表于 03-27 11:33 419次阅读
集成度最高的EFM32系列32位MCU Giant Gecko 11

2018无线充电市场竞争加剧,选择MCU还是SoC?

自iPhone 8/X标配无线充电功能后,无线充电市场开始爆发且持续升温,给国内无线充电厂商带来了巨....

的头像 半导体动态 发表于 03-26 09:37 7245次阅读
2018无线充电市场竞争加剧,选择MCU还是SoC?

国产MCU发展的冷思考,灵动靠啥破解安全、缺货、涨价三大难题?

发表于 03-23 15:49 160次阅读
国产MCU发展的冷思考,灵动靠啥破解安全、缺货、涨价三大难题?

北美ASIC经典面试试题

Come up with logic that counts number of ‘1’s in a....

的头像 数字前端ic芯片设计 发表于 03-21 15:09 329次阅读
北美ASIC经典面试试题

使用MCU的温度传感器和控制风扇的闭环系统

近期在德国纽伦堡圆满落幕的Embedded World展会中,Silicon Labs(亦称“芯科科....

的头像 SiliconLabs 发表于 03-20 16:26 684次阅读
使用MCU的温度传感器和控制风扇的闭环系统

日本照明市场成功开发出业界最小的LED驱动器

日前,首尔半导体为日本照明市场成功开发出业界最小的100V / 24W LED驱动器。NanoDri....

的头像 CNLED网 发表于 03-20 15:49 595次阅读
日本照明市场成功开发出业界最小的LED驱动器

比特大陆挖矿ASIC将移至台积电南京厂生产

台积电虽受到苹果iPhone供应链库存调整及新台币兑美元汇率升值影响,今年前2个月合并营收表现不尽理....

的头像 物联网前沿 发表于 03-19 13:51 505次阅读
比特大陆挖矿ASIC将移至台积电南京厂生产

大联大品佳集团力推新唐科技MCU应用于DALI 2.0照明控制方案

2018年3月15日,致力于亚太地区市场的领先半导体元器件分销商---大联大控股宣布,其旗下品佳力推....

的头像 半导体动态 发表于 03-19 09:33 1687次阅读
大联大品佳集团力推新唐科技MCU应用于DALI 2.0照明控制方案

MPU和MCU的区别和选择技巧

当为你的下一个设计方案选择正确的核心处理器件时,你应该考虑哪些因素呢?本文将对MPU和MCU做些对比....

的头像 至秦单片机 发表于 03-15 17:19 913次阅读
MPU和MCU的区别和选择技巧

MCU的防破解技术详解!

在早期,除法律和经济外,几乎没有保护措施来防止复制这些设备。例如,ROM是用低成本的掩模技术制造的,....

的头像 MCU开发加油站 发表于 03-15 13:44 679次阅读
MCU的防破解技术详解!

M1052跨界核心板普通MCU系统般简便,却拥有“不凡”性能

M1052跨界核心板板载Cortex-M7的RT1050处理器,既具备MPU的强劲处理性能,又兼顾M....

的头像 周立功单片机 发表于 03-13 11:19 1191次阅读
M1052跨界核心板普通MCU系统般简便,却拥有“不凡”性能

最低功耗、多频段MCU通过Thread、Zigbee、Bluetooth®5和Sub-1 GHz等多协议连接楼宇、工厂和电网

德州仪器(TI)近日推出其最新的SimpleLink™无线和有线微控制器(MCU)。这些新器件为Th....

的头像 人间烟火123 发表于 03-12 15:47 2815次阅读
最低功耗、多频段MCU通过Thread、Zigbee、Bluetooth®5和Sub-1 GHz等多协议连接楼宇、工厂和电网

简便易行的Renesas Synergy™ 开发工具与套件

作为一个桌面工具,TraceX可以无缝集成 Synergy™ 软件,提供运行时性能信息,并可基于对象....

的头像 瑞萨电子 发表于 03-12 14:54 688次阅读
简便易行的Renesas Synergy™ 开发工具与套件

四轴飞行器常见名词解释

四轴飞行器四个桨转动时的离心力是分散的。不象直机的桨,只有一个能产生集中的离心力形成陀螺性质的惯性离....

的头像 21ic电子网 发表于 03-12 14:22 860次阅读
四轴飞行器常见名词解释

C语言访问MCU寄存器用两种方式实现

ICCAVR和GCCAVR没有定义新的数据类型,只能采用标准C的强制类型转换和指针来实现访问MCU的....

的头像 21ic电子网 发表于 03-12 11:20 829次阅读
C语言访问MCU寄存器用两种方式实现

新型Silicon Labs Tiny Gecko MCU有效延长IoT连接设备电池寿命

Silicon Labs扩展其广受欢迎的EFM32™ Tiny Gecko微控制器(MCU)系列产品....

的头像 人间烟火123 发表于 03-12 10:54 1395次阅读
新型Silicon Labs Tiny Gecko MCU有效延长IoT连接设备电池寿命

关于单片机应用编程mcu测试的经典问答

C语言是一种结构化的高级语言。其优点是可读性好,移植容易,是普遍使用的一种计算机语言。缺点是占用资源....

发表于 03-12 10:31 385次阅读
关于单片机应用编程mcu测试的经典问答

浅谈MCU的独立按键消抖动的原因和类型

模拟电路按键消抖动对于模拟电路中,一般消抖动用的是电容消抖动或者施密特触发等电路。对此一般产用消抖动....

发表于 03-12 10:27 219次阅读
浅谈MCU的独立按键消抖动的原因和类型

MCU健壮性设计之CAN时钟

在一个CAN网络中,如果希望有良好的读位,那么采样点的时间位置相对来说是非常重要的。因此,所有的网络....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 03-09 13:59 685次阅读
MCU健壮性设计之CAN时钟

MCU健壮性设计之如何配置数字输入/输出

一般来说,未使用的功能(或已删除的变体)都不会被释放。这对于uC的引脚尤其适用,因为它对摄动很敏感,....

的头像 电子发烧友网工程师 发表于 03-09 13:55 748次阅读
MCU健壮性设计之如何配置数字输入/输出

分析一个案例:MSP432 MCU语音识别器库

感应应用的物理体积越来越小。无论您是设计出需要在工厂中收集的远程工业传感器节点(图1),抑或是下一个....

的头像 电子设计 发表于 03-08 09:18 1913次阅读
分析一个案例:MSP432 MCU语音识别器库

SimpleLink Sub-1 GHz无线MCU进行设计

运动检测器广泛部署于家庭、商业楼宇和其他设施中,当感知到指定区域有人员存在时,其会发出通知。检测器通....

的头像 电子设计 发表于 03-08 08:54 1909次阅读
SimpleLink Sub-1 GHz无线MCU进行设计