智能照明平臺解決方案

本文主要介紹了世強(qiáng)電訊基于瑞薩(Renesas)電子為照明應(yīng)用貼身打造的的高性能78K0/Ix2系列MCU開發(fā)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(chǎn)品智能化調(diào)光控制和組網(wǎng)的需求，具有高性能、低成本的優(yōu)勢。

一、 照明技術(shù)現(xiàn)狀
隨著照明工業(yè)的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了越來越多的照明控制方案，電源的設(shè)計、燈的驅(qū)動電路、安全保護(hù)、管理接口等各方面都變得愈加靈活。目前，照明技術(shù)主要包括主流的熒光燈、LED燈和HID技術(shù)等，其廣泛應(yīng)用使電源驅(qū)動的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)差異非常大，從常見的Flyback、Buck、Boost以及延伸出來的其他結(jié)構(gòu)都在被大量使用，產(chǎn)品設(shè)計是否采用先進(jìn)的數(shù)字節(jié)能控制設(shè)計，是否支持flyback、Buck、Boost等靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用，研發(fā)周期和投放市場時間的長短將決定產(chǎn)品的成敗，然而傳統(tǒng)的照明方案往往是采用專用器件來實現(xiàn)的，難以滿足快速發(fā)展的需求。
因此，一個優(yōu)秀的照明平臺解決方案無疑需要支持靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)應(yīng)用，并滿足DALI、DMX512、0-10V、無線、紅外等當(dāng)今主流照明控制方案的調(diào)光、組網(wǎng)需求，針對這種狀況，世強(qiáng)電訊開發(fā)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(shè)計，在硬件電路和軟件開發(fā)為照明廠商多樣化的照明設(shè)計方案提供有效的指導(dǎo)，幫助廠商更高效地開發(fā)擁有自己知識產(chǎn)權(quán)的照明系統(tǒng)。
二、 78K0/Ix2系列MCU介紹
78K0/Ix2系列MCU是瑞薩(Renesas)電子面向照明應(yīng)用領(lǐng)域精心設(shè)計的高性能8位MCU，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(diào)光控制、異常檢出保護(hù)、智能化節(jié)能控制等熱門需求，依靠單MCU實現(xiàn)低成本、高性能的綠色節(jié)能照明系統(tǒng)。

圖1-78K0/Ix2系列MCU設(shè)計理念
78K0/Ix2系列MCU內(nèi)置豐富的硬件資源，為靈活的照明電源驅(qū)動設(shè)計和調(diào)光控制提供了優(yōu)秀的硬件支持。具體表現(xiàn)在：
1.16 bit PWM計時器最大計數(shù)時鐘頻率40MHz，輸出和比較器連動，進(jìn)行PFC 控  制，帶2路死區(qū)時間控制的PWM輸出，適合驅(qū)動半橋/全橋電路，實現(xiàn)變頻控制；
2．內(nèi)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(fā)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(xiàn)硬件的禁止輸出功能，反應(yīng)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(yīng)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(hù)模塊：窗口型看門狗、時鐘監(jiān)控、低壓報警等，工作可靠。
三、  世強(qiáng)智能照明平臺方案
世強(qiáng)電訊開發(fā)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(chǎn)品高性能、低成本的設(shè)計目標(biāo)，在LED照明、熒光燈、HID照明等領(lǐng)域為客戶提供多種靈活的參考設(shè)計。
圖2是LED驅(qū)動控制應(yīng)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(jìn)行3路恒流控制；通過改變內(nèi)部參考電壓或PWM輸出設(shè)置即可實現(xiàn)調(diào)光；并且MCU支持各種傳感器和DALI、DMX512、模擬量輸入等多種通信接口，可根據(jù)外部環(huán)境選擇合適的通訊控制方案，實現(xiàn)最佳控制。

圖2-78K0/Ix2 LED驅(qū)動控制
下面就Flyback電路舉例說明通過比較器進(jìn)行恒流控制的過程。

圖3-Flyback電路恒流控制
對于開關(guān)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(jīng)采樣后加到MCU內(nèi)置比較器端口，和參考值進(jìn)行比較，產(chǎn)生中斷信號，來調(diào)整PWM的占空比，其變化過程見圖4，如當(dāng)電流大于參考值時，降低占空比；反之，提高占空比，最終達(dá)到一個負(fù)載電流動態(tài)穩(wěn)定的狀態(tài)。
對于調(diào)光，78K0/Ix2系列MCU有多種方式來實現(xiàn)，通過改變比較器參考電壓或者利用定時器TMH1和PWM輸出連動功能，另外，世強(qiáng)電訊的方案也可以利用該款MCU強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理運算能力，通過ADC功能和嵌入的算法控制來實現(xiàn)恒流控制，同時為MCU功能擴(kuò)展提供了充足資源。

圖4-恒流控制原理
圖5是世強(qiáng)電訊嵌入DALI協(xié)議的智能照明平臺方案，該方案利用MCU內(nèi)置DALI總線接口的通訊模塊，利用單個MCU完成燈具調(diào)光、組網(wǎng)，實現(xiàn)高性能的DALI綠色節(jié)能照明系統(tǒng)，目前已經(jīng)作為國內(nèi)某大型照明廠商的參考設(shè)計。DALI從機(jī)系統(tǒng)主要分為通訊模塊和LED驅(qū)動控制模塊兩部分，外圍電路設(shè)計簡單。 

圖5-DALI從機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
采用BOOST電源拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，輸入電壓經(jīng)過升壓后直接驅(qū)動LED燈；負(fù)載電流采樣，通過嵌入算法實現(xiàn)恒流控制； MCU內(nèi)置DALI通訊接口，通過總線和DALI 主機(jī)連接，實現(xiàn)和主機(jī)的相互通訊，完成上位機(jī)發(fā)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(xiàn)異常檢測保護(hù)。
四、總結(jié)
以上，世強(qiáng)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(nèi)置ADC、比較器、數(shù)字運算放大器等豐富的硬件資源可以支持BUCK、BOOST、FLYBACK等多種靈活的電源驅(qū)動設(shè)計方案，嵌入DALI、DMX512等照明控制協(xié)議，即可實現(xiàn)照明燈具調(diào)光、組網(wǎng)的目的。同時，該方案還具有過壓、過流、過溫等異常檢出保護(hù)功能，產(chǎn)品安全性、可靠性更高；
2、低成本：由圖3、圖5可以看出世強(qiáng)電訊智能照明平臺方案電路設(shè)計簡便快捷，單MCU附加簡單的外圍電路即可實現(xiàn)智能化控制，目前眾多的ASIC設(shè)計方案，除了需要一顆MCU實現(xiàn)智能調(diào)光和通訊外，還需專用LED驅(qū)動芯片，在較大功率應(yīng)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：

對比可見，世強(qiáng)智能照明平臺方案具有很高的性價比，采用該方案將使產(chǎn)品更具市場競爭力；
3、78K0/Ix2 MCU自身的豐富資源有利于照明產(chǎn)品功能的拓展和多樣化，滿足不同廠商多領(lǐng)域的應(yīng)用需求，實現(xiàn)高效靈活的功率級應(yīng)用。
目前，世強(qiáng)電訊智能照明平臺解決方案已經(jīng)被國內(nèi)多家照明廠商采用，對于客戶，世強(qiáng)電訊將提供評估板、參考程序和相關(guān)的開發(fā)軟件，并提供硬件設(shè)計、軟件開發(fā)等方面全方位的技術(shù)支持，有關(guān)方案詳細(xì)信息及相關(guān)技術(shù)支持，請聯(lián)系瑞薩(Renesas)電子授權(quán)代理商世強(qiáng)電訊。