基于RenesasMCU的智能照明平台设计

1 引言——照明技术现状

　　越来越多的照明控制方案出现在现在的照明工业中，因此电源的设计、灯的驱动电路、安全保护、管理接口等各方面都变得愈加灵活。目前，照明技术主要包括主流的荧光灯、LED灯和HID技术等，其广泛应用使电源驱动的拓扑结构差异非常大，从常见的Flyback、Buck、Boost以及延伸出来的其他结构都在被大量使用，产品设计是否采用先进的数字节能控制设计，是否支持flyback、Buck、Boost等灵活的拓扑结构应用，研发周期和投放市场时间的长短将决定产品的成败，然而传统的照明方案往往是采用专用器件来实现的，难以满足快速发展的需求。

　　因此，一个优秀的照明平台解决方案无疑需要支持灵活的拓扑结构应用，并满足DALI、DMX512、0-10V、无线、红外等当今主流照明控制方案的调光、组网需求。

　　2 78K0/Ix2系列MCU介绍

　　78K0/Ix2系列MCU是瑞萨（Renesas）电子面向照明应用领域精心设计的高性能8位MCU，如图1，该系列MCU定位于用于满足目前照明市场高分辨率调光控制、异常检出保护、智能化节能控制等热门需求，依靠单MCU实现低成本、高性能的绿色节能照明系统。

　　图1-78K0/Ix2系列MCU设计理念

　　78K0/Ix2系列MCU内置丰富的硬件资源，为灵活的照明电源驱动设计和调光控制提供了优秀的硬件支持。具体表现在：

　　a. 16 bit PWM计时器最大计数时钟频率40MHz，输出和比较器连动，进行PFC 控 制，带2路死区时间控制的PWM输出，适合驱动半桥/全桥电路，实现变频控制；

　　b. 内置运放、多路高速10bit A/D和比较器等模拟电路，简化了外围电路

　　c. 定时器能触发A/D采样，捕捉合适的信号有用点

　　d. 比较器/外部中断能实现硬件的禁止输出功能，反应快速，保证安全

　　e. 定时器遥控接口和UART功能，面向红外和无线遥控的应用，有DALI总线接 口的通讯模块，适用于智能照明控制

　　f. 多个保护模块：窗口型看门狗、时钟监控、低压报警等，工作可靠

　　3 照明平台方案

　　图2是LED驱动控制应用的参考方案，在该方案中，只需利用比较器、PWM输出连动功能，就能够独立进行3路恒流控制；通过改变内部参考电压或PWM输出设置即可实现调光；并且MCU支持各种传感器和DALI、DMX512、模拟量输入等多种通信接口，可根据外部环境选择合适的通讯控制方案，实现最佳控制。

　　图2-78K0/Ix2 LED驱动控制

　　下面就Flyback电路举例说明通过比较器进行恒流控制的过程。

　　图3-Flyback电路恒流控制

　　对于开关电源，PWM占空比决定输出电压，如图3，电路开始工作后，LED电流经采样后加到MCU内置比较器端口，和参考值进行比较，产生中断信号，来调整PWM的占空比，其变化过程见图4，如当电流大于参考值时，降低占空比；反之，提高占空比，最终达到一个负载电流动态稳定的状态。

　　对于调光，78K0/Ix2系列MCU有多种方式来实现，通过改变比较器参考电压或者利用定时器TMH1和PWM输出连动功能，另外，世强电讯的方案也可以利用该款MCU强大的数据处理运算能力，通过ADC功能和嵌入的算法控制来实现恒流控制，同时为MCU功能扩展提供了充足资源。

　　图4-恒流控制原理

　　图5是嵌入DALI协议的智能照明平台方案，该方案利用MCU内置DALI总线接口的通讯模块，利用单个MCU完成灯具调光、组网，实现高性能的DALI绿色节能照明系统。DALI从机系统主要分为通讯模块和LED驱动控制模块两部分，外围电路设计简单。

　　图5-DALI从机系统结构

　　采用BOOST电源拓扑结构，输入电压经过升压后直接驱动LED灯；负载电流采样，通过嵌入算法实现恒流控制； MCU内置DALI通讯接口，通过总线和DALI 主机连接，实现和主机的相互通讯，完成上位机发出的操作控制指令；灯具温度、光照度传感器信号加到MCU端口，实现异常检测保护。

　　4 总结

　　以上，是基于78K0/Ix2系列MCU的智能照明平台解决方案具有以下特点：

　　a 高性能：MCU内置ADC、比较器、数字运算放大器等丰富的硬件资源可以支持BUCK、BOOST、FLYBACK等多种灵活的电源驱动设计方案，嵌入DALI、DMX512等照明控制协议，即可实现照明灯具调光、组网的目的。同时，该方案还具有过压、过流、过温等异常检出保护功能，产品安全性、可靠性更高

　　b 低成本：由图3、图5可以看出世强电讯智能照明平台方案电路设计简便快捷，单MCU附加简单的外围电路即可实现智能化控制，目前众多的ASIC设计方案，除了需要一颗MCU实现智能调光和通讯外，还需专用LED驱动芯片，在较大功率应用中，往往还需要外置的MOSFET。

　　c 78K0/Ix2 MCU自身的丰富资源有利于照明产品功能的拓展和多样化，满足不同厂商多领域的应用需求，实现高效灵活的功率级应用