英飞凌XMC1200 MCU在智能照明调光中的应用

MCU可助力实现智慧化LED灯泡。LED照明系统商借重内建BCCU功能的MCU，大幅缩短开发出智能化高功率LED灯泡的时程，并协助终端使用者达成轻松且精准调光的目的，同时不会出现闪烁的问题。

方案特色

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，可以把智慧调光广泛的应用于生活、工业的各个方面。

‧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

原理框图

图1 系统框图

达成灯泡控制调变，LED开关切换速度成关键

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组件包括桥接整流器、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2)。

图2  四信道LED照明引擎范例

LED电流系透过线性或切换式LED驱动器，固定为仔细选定的值，选定的LED电流则取决于系统组件和所需的最高亮度，如350毫安(mA)或700毫安。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。 

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3)，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3  大约25%亮度下的PWM和PDM调变

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，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4)，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4  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5 方案实物