基于英飞凌MCU的智能照明解决方案

　　基于英飞凌XMC1200 MCU的智能照明解决方案。MCU可助力实现LED照明智能化。LED照明系统商可依托内建BCCU功能的MCU，大幅缩短开发出智能高功率LED灯泡的上市时间，并协助终端使用者达成轻松且精准调光的目的，同时避免闪烁的问题。英飞凌XMC1200作为上述特性的单芯片解决方案，可以节省大量的CPU开销，大幅降低软件开发的时间，有效的减少人为导致的软件错误风险。同时XMC1200系列MCU具有高性能、大容量、高可靠性的特点，可以将智能照明广泛的应用于生活、工业的各个方面。

　　达成灯泡控制调变，LED开关切换速度成关键。调变指的是能够快速开关LED，若切换速度够快，人眼便无法辨识，看到的亮度将取决于LED开启的平均时间。最常见的调变方式为脉冲宽度调变（PWM）和脉冲密度调变（PDM）（图2）。其中，PDM能在对等的系统频率下达到更高的分辨率，电磁干扰（EMI）特性更佳，且因为本身切换速率高，因此不容易发生闪烁。

　　

　　图1-大约25%亮度下的PWM和PDM调变

　　户外型LED灯泡的控制装置内包含电源供应器和驱动器。其中，标准电源供应器的重要器件包括桥接整流器、功率因子校正器（PFC）及半桥谐振（LLC）谐振转换器的降压转换器（图1）。

　　

　　图2-四信道LED照明引擎范例

　　LED电流透过线性或切换式LED驱动器，固定为仔细选定的值，选定的LED电流则取决于系统器件和所需的最高亮度，如350毫安培（mA）或700毫安培。一般街灯的LED都以相同的电流驱动，建筑照明经常使用的多色灯泡，则可能使用完全不同的LED通道电流。调光时，通常是透过通讯，如数字可寻址照明接口（DALI）或传感器输入（如环境光源）触发；灯泡的亮度和/或颜色则是透过调变驱动器的输入（Enable Input）加以控制。

　　产业界所开发适用于LED照明的微控制器（MCU）包含亮度及色彩控制单元（BCCU），能在最多九个信道上产生PDM讯号。高功率调光灯泡的特殊挑战在于LED驱动器需要最短的停留时间，LED驱动器Enable Input的调变讯号必须在最短的时间间隔内保持恒定。从经验法则得知，功率越高需要的最短停留时间就越长，只有这样才能保持稳定且准确的LED电流。但在高分辨率和高比特率下，尤其是在低亮度的情况下，调变讯号却可能违反此要求。

　　目前产业界开发适用于LED照明的MCU可适时稍微重新排列调变讯号内的脉冲，自动解决此问题。脉冲会在分组电路内重新分组（图3），产生新的脉冲，拥有所需的最短宽度并兼顾分辨率，同时又能保持不闪烁。

　　

　　图3-未分组PDM与已分组PDM范例比较

　　另一项需求则是将电源供应器的负载变动降到最低（使负载变流畅），尤其LLC谐振转换器对于高负载变动极为敏感。BCCU内的分组电路能够在不同的相对信道调变讯号间加入相移，确保讯号在不同的时间点变更状态。

　　

　　图4-系统架构图

　　方案特色

　　隔离的DALI调光界面

　　温度检测

　　周围环境的亮度检测

　　433MHz射频控制方式