基于8位MCU的开关模式可调光LED驱动器解决方案

开关模式可调光LED驱动器以其效率和精确控制LED电流而闻名。它们还可以提供调光功能，同时降低功耗。8位微控制器（MCU）可以实现提供必要的构建块来创建支持通信、自定义和智能控制的解决方案。

此外，与纯模拟或ASIC实现相比，核心独立外围集成提供了显著的灵活性，并支持扩展照明产品功能和提供产品差异化的创新。预测性故障和维护、能源监控、色彩和温度维护以及远程通信和控制等功能是使智能照明解决方案更具吸引力的高级功能。

虽然LED驱动器比以前的照明解决方案有许多优势，但是在实施上存在挑战。在本文中您将学习如何使用8位MCU来缓解设计挑战，并创建具有超越传统解决方案功能的高性能开关模式LED驱动解决方案。8位微控制器可独立控制多达四个LED通道，这是大多数现成的LED驱动控制器无法提供的。

在图1中，LED调光引擎可以通过微控制器中可用的外设创建。每个引擎都有一个独立的封闭通道，可以控制开关模式功率转换器，几乎不需要中央处理器(CPU)的干预。这使CPU可以自由执行其他重要任务，如监视功能、通信或系统中添加的智能。

图1：由Microchip PIC16F1779 8位微控制器控制的四个LED串的示意图

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生器(COG)、数字信号调制器(DSM)、比较器、可编程斜坡发生器(PRG)、运放(OPA)、脉宽调制器3 (PWM3)等核心独立外设(CIP)组成。将这些CIP与其他片上外设（如固定电压调节器（FVR）、数模转换器（DAC）和捕获/比较/ PWM（CCP））相结合，可完成整个引擎。

COG向MOSFET Q1提供高频开关脉冲，以便将能量和电源电流传输到LED串。COG输出的开关周期由CCP和占空比设置，它保持LED恒定电流，并由比较器输出决定。只要Rsense1上的电压超过PRG模块的输出，比较器就会产生输出脉冲。在反馈电路中，PRG的输入来自OPA输出，它被配置成一个斜率补偿器，以抵消占空比大于50%时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）。采用FVR用作DAC输入，为基于LED恒流规范的OPA非逆变输入提供电压参考。为了实现调光，PWM3用作CCP输出的调制器，同时驱动MOSFET Q2以使LED快速循环开启和关闭。通过DSM模块可以进行调制，并且调制的输出信号被输送到COG。

PWM3提供具有可变占空比的脉冲，其控制驱动器的平均电流实际上控制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，还具有解决LED驱动器典型问题的功能。我们现在将逐步介绍这些问题，以及如何使用LED调光引擎来避免这些问题。

图2：LED调光引擎

**闪烁 **

闪烁是典型的开关模式可调光LED驱动器可能具有的挑战之一。虽然闪烁可能是有意义的有趣效果，但当LED无意中闪烁时，它可能会破坏用户所需的照明设计。为了避免闪烁并提供平稳的调光体验，驱动程序应执行调光步骤，从100％光输出一直到其低端光照水平，具有连续的流体效果。由于LED瞬间响应电流变化并且没有阻尼效果，因此驱动程序必须具有足够的调光步骤才不会察觉到变化。为了满足这一要求，LED调光引擎采用PWM3来控制LED的调光。PWM3是一个16位分辨率PWM，从100％占空比到0％占空比具有65536步，确保了平稳的照明级转换。

**LED色温转换 **

LED驱动器还可以改变LED的色温。这种颜色变化对于消费者来说是显而易见的，并且削弱了对LED的高质量照明体验的要求。图3显示了典型的PWM LED调光波形。当LED关闭时，由于输出电容器的缓慢放电，LED电流逐渐减小。这种情况会导致LED的色温变化和更高的功耗。

图3：LED调光波形

通过使用负载开关可以消除输出电容的缓慢放电。例如，在图2中，电路使用Q2作为负载开关，LED调光引擎同步关闭COG PWM输出和Q2，以便切断衰减电流的路径并使LED快速关闭。