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智能照明平臺解決方案

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         智能照明平臺解決方案


 


孫旭輝 應用工程師,世強電訊


 


本文主要介紹了世強電訊基于瑞薩(Renesas)電子為照明應用貼身打造的的高性能78K0/Ix2系列MCU開發的智能照明平臺解決方案,該方案在硬件、軟件方面滿足中高端照明產品智能化調光控制和組網的需求,具有高性能、低成本的優勢。


 


一、  照明技術現狀


隨著照明工業的迅速發展,出現了越來越多的照明控制方案,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FlybackBuckBoost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字節能控制設計,是否支持flybackBuckBoost等靈活的拓撲結構應用,研發周期和投放市場時間的長短將決定產品的成敗,然而傳統的照明方案往往是采用專用器件來實現的,難以滿足快速發展的需求。


因此,一個優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DALIDMX5120-10V、無線、紅外等當今主流照明控制方案的調光、組網需求,針對這種狀況,世強電訊開發了以瑞薩(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擁有自己知識產權的照明系統。


二、  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8MCU,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、智能化節能控制等熱門需求,依靠單MCU實現低成本、高性能的綠色節能照明系統。



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秀的硬件支持。具體表現在:


1.16 bit PWM計時器最大計數時鐘頻率40MHz,輸出和比較器連動,進行PFC   制,帶2路死區時間控制的PWM輸出,適合驅動半橋/全橋電路,實現變頻控制;


2.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;


3. 定時器能觸發A/D采樣,捕捉合適的信號有用點;


4.比較器/外部中斷能實現硬件的禁止輸出功能,反應快速,保證安全;


5. 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;


6. 多個保護模塊:窗口型看門狗、時鐘監控、低壓報警等,工作可靠。


三、  世強智能照明平臺方案


世強電訊開發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。


2LED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輸出設置即可實現調光;并且MCU支持各種傳感器和DALIDMX512、模擬量輸入等多種通信接口,可根據外部環境選擇合適的通訊控制方案,實現最佳控制。




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穩定的狀態。


對于調光,78K0/Ix2系列MCU有多種方式來實現,通過改變比較器參考電壓或者利用定時器TMH1PWM輸出連動功能,另外,世強電訊的方案也可以利用該款MCU強大的數據處理運算能力,通過ADC功能和嵌入的算法控制來實現恒流控制,同時為MCU功能擴展提供了充足資源。



5世強電訊嵌入DALI協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,實現高性能的DALI綠色節能照明系統,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。



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,通過嵌入算法實現恒流控制; MCU內置DALI通訊接口,通過總線和DALI 主機連接,實現和主機的相互通訊,完成上位機發出的操作控制指令;燈具溫度、光照度傳感器信號加到MCU端口,實現異常檢測保護。


四、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:


1、高性能:MCU內置ADC、比較器、數字運算放大器等豐富的硬件資源可以支持BUCKBOOSTFLYBACK多種靈活的電源驅動設計方案,嵌入DALIDMX512等照明控制協議,即可實現照明燈具調光、組網的目的。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;


2、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智能化控制,目前眾多的ASIC設計方案,除了需要一顆MCU實現智能調光和通訊外,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:
















 


世強智能照明平臺方案


ASIC智能照明設計方案


主要IC


輔助電源、LDOMOSFET


78K0/Ix2 MCU


輔助電源、照明電路驅動IC MOSFET MCU(非78K0/Ix2


對比分析


基于78K0/Ix2 MCU的方案在BOM成本顯然優于ASIC方案,主要在于其強大的照明應用功能


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;


378K0/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,世強電訊將提供評估板、參考程序和相關的開發軟件,并提供硬件設計、軟件開發等方面全方位的技術支持,有關方案詳細信息及相關技術支持,請聯系瑞薩(Renesas)電子授權代理商世強電訊


 

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