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基于低成本微处理器的高亮度LED控制解决方案
  高亮度LED(HBled)在轿车、消费电子和工业商场正在快速遍及。色彩艳丽、寿命长、动力效率高,这些是高亮度LED成为照明运用未来发展趋势的部分原因。
  在轿车行业,HBLED技术使车辆在造型、安全、燃油的经济性方面与众不同,从简单的开关照明、LCD背光到亮度极高的头灯运用都包含在内。但是,高效、可靠地操控HBLED的亮度,不是一件简单的事情;功率级效率,热规划和EMC是涉及HBLED的运用中最关键的规划难题。一般情况下,运用专用恒定电流驱动器(CCD)来驱动HBLED串来解决大部分重要规划问题,并简化规划。不过,CCD一般比根据微操控器的解决方案更贵。本文介绍运用8位微操控器(MCU)和低本钱的别离解决方案来实施智能HBLED照明操控,从而防止运用高昂的模拟驱动或CCD。
  高亮度LED的重要特征
  正如在低强度LED中的情况一样,高亮度LED的发光强度与经过的电流程成正比。该电流一般被称作正向电流(IF),在HBLED中的范围是100mA~1000mA。一起,每逢HBLED进行极化时,都会出现压降,称为正向电压(VF)。在HBLED中,光度和色度与IF成正比,因而对经过HBLED的电流进行精确操控显得至关重要。
  具有相同部件号和技术规范的HBLED,不一定拥有完全相同的VF值。当经过两个HBLED的电流IF相一起,它们的后向电压VF或许不同。因而,经过恒定电压的办法操控LED强度,或许会导致HBLED和HBLED之间的密度不同,并且要保证一切HBLED具有相同亮度,则有必要供给一个电流操控。
  不只发光强度与经过HBLED的电流有关,色度也与HBLED电流有关。为了坚持HBLED色彩,HBLED有必要选用恒定电流进行驱动。本解决方案将运用PWM(脉宽调制),从而在HBLED(光照强度)中供给一个更低的均匀电流,而一起还能坚持相同的瞬时电流(LED色彩)。
  跟着HBLED电流添加,功耗也将添加。电流为350mA。压降为3V的HBLED大约会耗费1瓦的电,假如不进行正确的热办理,这种耗散或许会导致HBLED过热和长期性能下降。热规划的另一个重要方面是,HBLED发光强度与LED结温成反比,跟着温度添加,发射器的色彩会进入更高的波长。
  驱动高亮度LED所面临的难题
  在低强度LED中,运用电阻来约束IF电流非常普遍。在HBLED中,电阻的额定功率有必要更高,这会导致体系效率低下。因而,在HBLED体系中,开关形式电源(SMPS)被用来进步效率和降低功耗。由于SMPS需求动力存储组件(电感器和电容器),因而价格一般更贵;一起,SMPS还或许形成噪音或EMI问题。
  一组HBLED能够一起经过并联或串联办法驱动,并联驱动使每个HBLED有不同的光照强度,但假如需求一个操控回路,每个HBLED会要求一个专用操控,因而关于很多HBLED来说费用过高。
  以并联办法连接HBLED时,每个灯串只需求一个驱动和操控回路,穿过串联中一切HBLED的电流都相同,从而为它们供给相对恒定的亮度。依据串联的LED数量,线路穿要求的电压或许低于或高于输入电压。
  选用根据微操控器的解决方案
  商场上有很多用来驱动HBLED恒定电流的解决方案,其间一部分根据专用智能模拟驱动,另一部分运用数字信号处理器(DSP)或带独立模拟驱动的微操控器。
  人们普遍认为,根据MCU的解决方案不是执行HBLED恒流操控的最好办法,特别是体系选用别离元件构建的开关式电源时会变得不行稳定,并且不或许经过EMC认证。飞思卡尔半导体公司现已创建了一款用于双灯串HBLED照明操控的规划样例。该HBLED根据S08MP16八位微操控器,MCU担任丈量来自LED灯串的电流馈电,运用PID操控算法进行处理,从而操控独立的降压升压开关式电源的操作,经过HBLED灯串保证最佳电流流量。
  该微操控器还担任监控用户输入、电池电压和温度传感器,确诊实时的LED电源供给状况,一些特别的通信功用,如LIN功用也能够在同一个微操控器中实施。
  开关式电源用来供给到HBLED的电源,它是离散降压升压拓扑结构,能够在1到18个LED灯串范围(0V?65V的接连范围)内操作,并且在频率为350kHz时运行500mA的输出电流。
基于低成本微处理器的高亮度LED控制解决方案
  开关形式电源规划面临的难题
  关于很多HBLED,需求供给降压升压电源,以便感应高于或低于电池电压(VBAT)的输出电压(VOUT)。
  现在有许多降压升压拓扑能够运用,例如CUK电路或SEPIC转换器,每个拓扑在要求的元件数量、正负电压基准和效率方面具有不同的要求和各自的优势。
  在本规划中选用的开关形式电源组合了一个降压转换器和一个升压转换器,它们运用共同的电感器和电容器,将操作形式从降压变成升压或从升压变成降压需求取决于晶体管Q1和Q2的状况,如图2所示。
  该拓扑结构降低了本钱,不需求额外的电感器和电容器。此外,依据开关形式电源运行的形式,它的传递函数减少为一个共用降压或升压转换器,从而从操控的视点简化了规划。
  为了操控运用独立开关形式电源拓扑的EMC,需求设置缓冲过滤器,并将它们添加到开关晶体管Q1和Q2上;且需求在两通道间将软件操控策略设为中心对齐PWM和开/关时延。
  选择恰当的微操控器用于恒流HBLED操控
  开关形式电源(SMPS)要求准确的开关频率和占空比,PWM信号抖动会反映在输出电压,从而反映在HBLED强度中。一起,为了节约感应器本钱和电容器巨细,有必要将开关频率进步为数万赫兹。模数转换器分辨率和通道可用性,关于随时监测和操控HBLED电流和电压也很重要。
  为了实现HBLED恒流操控,S08MP16丈量反映在电流检测电阻里的HBLED灯串电流,这个电阻与HBLED灯串进行串联。S08MP16嵌入式12位模数转换器,能够运用小电阻值,功耗极小。此外,经过运用ADC和电阻分压器,能够丈量过流和过压情况下的SMPS输出电压及确诊敞开负荷。
  为了操控开关式电源频率和占空比,能够运用FlexTimer(FTM)模块;在合适轿车版本中运用高达40MHz的定时器操作频率,能够生成高频率和高分辨率的脉冲宽度调制(PWM),每个灯串上可与更多HBLED一起操作,在进行小型操作时不会出现HBLED强度不稳定的情况。此外,可编程时延模块(PDB)用于在该运用程序中,能够将ADC读数与PWM切换频率同步,从而保证只有在ON(开)状况下电流出现稳定时才会显示ADC读数。
  怎么核算八位微操控器的恒流操控算法
  在大部分情况下,简单的操控回路就能保证HBLED的正确驱动;凭借闭环操控,该模块能补偿电池电压、温度或在开环中或许影响到HBLED电流的任何其他参数改变。
  进行恒流操控时,该模块供给在规定电压坚持HBLED灯串所需的电压,这也使得每个灯串上的HBLED数目能够灵敏设置,不需求进一步的校准和硬件更改。
  要在8位微操控器中集成操控回路,应防止运用浮点库;在本例中,能够运用16位变量来完成核算。
  定论
  要驱动HBLED很简单,但要在不进步本钱的情况下高效、可靠地驱动HBLED,则没那么简单。而运用8位低本钱微处理器,只需它有正确的外设,就能够节约本钱,并能高效、可靠地驱动HBLED。硬件和固件规划关于保证HBLED运用在模块预期的运用周期期内表现出预期的性能至关重要。
  尽管本文的规划针对的是轿车运用,但这些概念和解决方案能够在运用HBLED的许多其他工业和消费电子运用中运用。