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MicrochipPIC16F1779 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。


原文标题:【世说设计】Microchip专家技术文章:LED调光引擎

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LM8327 Mobile I/O Companion Supporting Keyscan, I/O Expansion, PWM, and ACCESS.bus Host Interface

LM8327 GenI /O扩展器和键盘控制器是一种专用设备,可以减轻主处理器扫描矩阵寻址键盘的负担,并提供灵活和通用的功能目的,主机可编程输入/输出功能。提供三个独立的PWM定时器输出,用于动态LED亮度调制。 它通过I 2 C兼容的ACCESS.bus串行接口与主机处理器通信。它只能在从机模式下以标准(100 kHz)和快速模式(400 kHz)进行通信。 所有可用的输入/输出引脚可以替代地用作直接键输入连接,键盘矩阵中的输入或输出,或者作为主机可编程通用输入或输出。 任何编程为输入的引脚也可以检测硬件中断。由此可以编程中断极性(“从高到低”或“从低到高”的转换)。 LM8327遵循预定义的基于寄存器的命令集。启动(开机)后,必须从主机发送配置文件以设置设备的硬件。 特性 内部RC振荡器,无需外部时钟 内部PWM时钟生成,无需外部时钟 < li>可编程I 2 C兼容的ACCESS.Bus地址(默认0x8A) 支持最多8 x 12个键的键盘矩阵,以及8个特殊功能(SF)密钥,用于完整的104密钥支持 支持多达26个直接连接密钥 I 2 C兼容的ACCESS.Bus从站接口,100 kHz (标准模式)和400 kHz(快速模式) 三个主机可编程P...

发表于 11-02 18:33 2次 阅读
LM8327 Mobile I/O Companion Supporting Keyscan, I/O Expansion, PWM, and ACCESS.bus Host Interface

LM8325-1 Mobile I/O Companion Supporting Keyscan, I/O Expansion, PWM, and ACCESS.bus Host Interface

LM8325-1 GenI /O - 扩展器和键盘控制器是一种专用设备,可以减轻主处理器扫描矩阵寻址键盘的负担,并提供灵活性和通用,主机可编程输入/输出功能。提供三个独立的PWM定时器输出,用于动态LED亮度调制。 它通过I 2 C兼容的ACCESS.bus串行接口与主机处理器通信。它可以仅在从模式下以标准(100 kHz)和快速模式(400 kHz)进行通信。 所有可用的输入/输出引脚可以替代地用作键盘矩阵中的输入或输出,或者用作主机可编程通用输入或输出。 任何编程为输入的引脚也可以检测硬件中断。从而可以编程中断极性(“从高到低”或“从低到高”的转换)。 LM8325-1遵循预定义的基于寄存器的命令集。启动(开机)后,必须从主机发送配置文件以设置设备的硬件。 特性 主要特性 内部RC振荡器,无需外部时钟 内部PWM时钟生成,否需要外部时钟 可编程I 2 C兼容ACCESS.bus地址(默认0x88) 支持最多8 x 12个键的键盘矩阵,加上8个特殊功能(SF)密钥,用于完整的104密钥支持 I 2 C兼容的ACCESS.bus从站接口,100 kHz(标准模式)和400 kHz(快速模式) 三个主机可编程PWM输出,用于平滑LED亮度调制 支持引脚...

发表于 11-02 18:33 14次 阅读
LM8325-1 Mobile I/O Companion Supporting Keyscan, I/O Expansion, PWM, and ACCESS.bus Host Interface

智能电机未来的发展趋势,TI C2000 MCU性能在加强

无数的电动机和电机驱动器是强大的自动运转技术的核心,有时它们也被称为工业伺服驱动器。当今,越来越多的....

的头像 人间烟火123 发表于 11-02 15:48 1453次 阅读
智能电机未来的发展趋势,TI C2000 MCU性能在加强

S32K通用demo板上接口与以太网通用节点解决方案

针对通用型的汽车电子节点,我们推荐使用S32K+SBC的产品组合,两者作为配套产品,可以提供完整的开....

的头像 周立功单片机 发表于 11-01 18:52 445次 阅读
S32K通用demo板上接口与以太网通用节点解决方案

GPU/FPGA/ASIC/类脑芯片大比拼 四种价格最终会走向何处

2017年,“人工智能”俨然已经成为所有媒体的头条热点,在媒体和资本的推动下,AI以迅雷不及掩耳之势....

发表于 11-01 16:40 331次 阅读
GPU/FPGA/ASIC/类脑芯片大比拼 四种价格最终会走向何处

联发科Q3营收增10.8% CEO蔡力行表示半导体市场明年变数多

联发科第3季合并营收为670.3亿元,季增10.8%,接近原预测区间高标,蔡力行提到,联发科第3季行....

发表于 11-01 14:58 486次 阅读
联发科Q3营收增10.8%  CEO蔡力行表示半导体市场明年变数多

兆易创新GD32E230系列MCU低至20美分,开启Cortex®-M23内核新世代

2018年11月1日,北京 — 日前,业界领先的半导体供应商兆易创新(GigaDevice)正式推出....

的头像 人间烟火123 发表于 11-01 11:03 1921次 阅读
兆易创新GD32E230系列MCU低至20美分,开启Cortex®-M23内核新世代

AI芯片的过去和未来,看这篇文章就够了

相信你一定还记得击败了李世石和柯洁的谷歌阿尔法狗(AlphaGo),那你知道驱动AlphaGo的是什....

发表于 10-31 13:56 636次 阅读
AI芯片的过去和未来,看这篇文章就够了

如何对MCU程序中的数据进行可视化

概述FreeMASTER是恩智浦免费为用户提供的,一种在PC电脑上对MCU程序中数据可视化的工具。

的头像 玩转单片机 发表于 10-29 15:30 316次 阅读
如何对MCU程序中的数据进行可视化

AMPONE HEV世界上最大的高功率连接器组合的详细资料概述

本文档的主要内容详细介绍的是AMPONE HEV世界上最大的高功率连接器组合的详细资料免费下载

发表于 10-29 08:00 29次 阅读
AMPONE HEV世界上最大的高功率连接器组合的详细资料概述

BT201蓝牙模块使用手册免费下载

BT201蓝牙模块是一款支持蓝牙以及U盘、TF卡播放的4合一的单芯片,芯片的亮点在支持无损音乐的播放....

发表于 10-29 08:00 58次 阅读
BT201蓝牙模块使用手册免费下载

随着32位MCU的崛起,8位MCU或将消亡

似乎伴随着16位、32位MCU的崛起,关于8位MCU消亡的言论就从来没有消停过。但事实是,8位MCU....

发表于 10-28 11:12 213次 阅读
随着32位MCU的崛起,8位MCU或将消亡

关于TI助力智能制造,引领MCU技术革新的简单剖析

我们知道,工业自动化中,对于机器和智能设备的控制,需要发挥传感器的作用。在以前,一个编码器要对应着一....

发表于 10-28 11:08 524次 阅读
关于TI助力智能制造,引领MCU技术革新的简单剖析

STM32单片机如何超频工作超大约多少还能正常工作

根据微软学术的定义,所谓超频(OVERCLOCKING)就是强制将计算机或硬件运行于厂商指定的时钟频....

的头像 玩转单片机 发表于 10-28 09:26 588次 阅读
STM32单片机如何超频工作超大约多少还能正常工作

MCU软复位原理详解

想要实现软复位,先给VRCTKEY赋个0x05FA,再想SYSRESETEQ写1即可实现软复位。

发表于 10-27 10:47 85次 阅读
MCU软复位原理详解

AVR单片机Atmega128在FPGA配置的应用和对EPF10K10软硬件设计原理

在嵌入式系统设计中,掌握MCU对FPGA的配置,对系统的设计是十分必要的。根据EPF10K10的配置....

发表于 10-26 15:34 47次 阅读
AVR单片机Atmega128在FPGA配置的应用和对EPF10K10软硬件设计原理

Actel、Altera、Lattice和Xilin四大FPGA供应商专家谈FPGA设计诀窍

Actel、Altera、Lattice Semiconductor和Xilinx是目前业界最主要的....

发表于 10-26 14:34 45次 阅读
Actel、Altera、Lattice和Xilin四大FPGA供应商专家谈FPGA设计诀窍

ST推出STM32L5系列内核微控制器MCU,为物联网带来了先进的保护功能

意法半导体(STMicroelectronics,简称ST)推出新的STM32L5系列®Cortex....

发表于 10-25 14:59 111次 阅读
ST推出STM32L5系列内核微控制器MCU,为物联网带来了先进的保护功能

瑞萨电子成功开发出第三代32位RX微控制器MCU,大幅度提升了稳定性

创新的 RXv3 核大幅提升了久经验证的瑞萨电子 RX CPU 核架构性能,实现了高达 5.8 Co....

发表于 10-25 14:54 100次 阅读
瑞萨电子成功开发出第三代32位RX微控制器MCU,大幅度提升了稳定性

瑞萨电子开发出第三代32位 RX CPU核—RXv3

RXv3核实现了5.8 CoreMark/MHz,能够提供最高的嵌入式处理性能和功效。

的头像 人间烟火123 发表于 10-25 11:44 1031次 阅读
瑞萨电子开发出第三代32位 RX CPU核—RXv3

TMS320F2833X和TMS320F2823X数字信号控制器 (DSC)中文资料免费下载

TMS320F28335,TMS320F28334,TMS320F28332,TMS320F2823....

发表于 10-25 08:00 46次 阅读
TMS320F2833X和TMS320F2823X数字信号控制器 (DSC)中文资料免费下载

东北石油大学-瑞萨电子嵌入式MCU联合实验室正式揭牌

揭牌仪式后,瑞萨电子高级专家陈轶华为东北石油大学的同学们带来了精彩讲座,介绍了半导体行业趋势,以及瑞....

的头像 瑞萨电子 发表于 10-24 09:42 585次 阅读
东北石油大学-瑞萨电子嵌入式MCU联合实验室正式揭牌

使用PC和MCU及FPGA的远程数据采集系统设计的论文资料免费下载

通过单片机、可编程逻辑器件和ADC器件构成一个远程数据采集系统,使该系统具备近处和远程两种控制的功能....

发表于 10-23 17:34 46次 阅读
使用PC和MCU及FPGA的远程数据采集系统设计的论文资料免费下载

物联网的发展趋势与MCU市场的关系密不可分

根据市场研究公司IHS表示,针对连网汽车、可穿戴电子设备、建筑物自动化以及其他有关物联网(IoT)应....

发表于 10-21 10:42 842次 阅读
物联网的发展趋势与MCU市场的关系密不可分

意法半导体MCU在中国市场的布局浅析

“在8年的时间里,意法半导体微控制器在中国市场从2007年的22亿美元增长到2015年的27亿美元,....

发表于 10-21 10:36 584次 阅读
意法半导体MCU在中国市场的布局浅析

Allegro宣布推出新LED驱动器 主要面向汽车照明领域

美国新罕布什尔州曼彻斯特市–Allegro MicroSystems,LLC(以下简称Allegro....

发表于 10-21 10:24 380次 阅读
Allegro宣布推出新LED驱动器 主要面向汽车照明领域

如何使用FreeMASTER让PC对MCU程序中的数据进行可视化

使用FreeMASTER工具,不需要在目标工程中引用同FreeMASTER相关的源代码,只须将需要实....

的头像 嵌入式资讯精选 发表于 10-20 11:58 558次 阅读
如何使用FreeMASTER让PC对MCU程序中的数据进行可视化

触控IC和触控MCU应用方案有什么不同

触摸ic触摸在此特指单点或多点触控技术; IC,即集成电路,是半导体元件产品的统称。包括:1.集成电....

发表于 10-20 10:06 452次 阅读
触控IC和触控MCU应用方案有什么不同

[译】MCU解密全攻略

本译文原著为俄国人Sergei P.Skorobogatov就读英吉利剑桥大学之博士论文,电子文档的....

的头像 聚丰开发 发表于 10-18 14:40 507次 阅读
[译】MCU解密全攻略

CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU 模块

使用业界首款可编程FCC,IC,CE和Wi-Fi认证无线微控制器(MCU)模块,内置Wi-Fi,开始您的设计连接。 SimpleLink CC3200MOD专为物联网(IoT)而创建,是一个集成了ARM Cortex-M4 MCU的无线MCU模块,允许客户使用单个设备开发整个应用程序。凭借片上Wi-Fi,互联网和强大的安全协议,无需先前的Wi-Fi体验即可加快开发速度。 CC3200MOD将所有必需的系统级硬件组件(包括时钟,SPI闪存,RF开关和无源元件)集成到LGA封装中,以便于组装和低成本PCB设计。 CC3200MOD作为完整的平台解决方案提供,包括软件,样本应用,工具,用户和编程指南,参考设计以及TI E2E支持社区。 应用MCU子系统包含行业标准的ARM Cortex- M4内核以80 MHz运行。 该器件包括各种外设,包括快速并行相机接口,I2S,SD /MMC,UART,SPI,I2C和四通道ADC。 CC3200系列包括用于代码和数据的灵活嵌入式RAM;带外部串行闪存引导程序和外设驱动程序的ROM;用于Wi-Fi网络处理器服务包,Wi-Fi证书和凭证的SPI闪存。 Wi-Fi网络处理器子系统具有Wi-Fi片上网络,并包含一个附加功能专用的ARM...

发表于 08-20 17:53 68次 阅读
CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU 模块