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[参考设计] Microchip dsPIC在LED照明的解决方案

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 楼主 | 2021-1-24 20:09 | 显示全部楼层 |阅读模式
ic, ip
充电过程
  在充电过程中,开关闭合(MOS管导通),等效电路如图二,开关(MOS管)处用导线代替。这时,输入电压流过电感。二极管防止电容对地放电。由于输入是直流电,所以电感上的电流以一定的比率线性增加,这个比率跟电感大小有关。随着电感电流增加,电感里储存了一些能量。

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 楼主 | 2021-1-24 20:10 | 显示全部楼层
放电过程

  当开关断开(MOS管截止)时的等效电路。当开关断开(MOS管截止)时,由于电感的电流保持特性,流经电感的电流不会马上变为0,而是缓慢的由充电完毕时的值变为0.而原来的电路已断开,于是电感只能通过新电路放电,即电感开始给电容充电,电容两端电压升高,此时电压已经高于输入电压了。升压完毕。

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 楼主 | 2021-1-24 20:10 | 显示全部楼层
恒流过程

  在输出负载端加入一个采样电阻,将负载两端电流情况通过AD,反馈给MCU处理,调整输出PWM占空比,实现恒流处理。

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 楼主 | 2021-1-24 20:13 | 显示全部楼层
 调光系统设计

  LED调光决方案及规范一直在不断变化,直到现在还未固定下来,所以现在市场上存在PWM、模拟及可控硅(TRAIC)三种调光方案。三种方案中模拟调光较为简单,实现比较容易。模拟调光方案的缺点是,LED电流的调节范围局限在某个最大值至该最大值的约10%之间(10:1调光范围),由于LED的色谱与电流有关,因此这种方法并不适合于某些应用。可控硅(TRAIC)调光方案是目前市场中比较常用的方案,它是基于传统光源如白炽灯的一种调光方案,其优点在于不需要改变现有房间布线,施工简单,通用性比较强,但是其本身是利用牺牲功率因数和增加了电路的复杂性为代价,而且可控硅(TRAIC)调光也不可以实现无极调光,当可控硅的导通角低到一定程度时,灯具就会出现闪烁,这是其方案原理决定的。PWM调光是调光市场的主流方案,其优点如下:

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 楼主 | 2021-1-24 20:14 | 显示全部楼层
1、用PWM调光从零到最光,都不会有闪烁的现象。

  2、性能会更好。因为调光输出功率采用了功率因数校正电路,这是配合全球对灯光采用功率因数有强制性的要求,虽然一般从25W开始有这要求,但美国要求灯光从零瓦起已需强制性功率因数校正电路。如采用TRAIC调光将牺牲功率因数和增加了电路的复杂性。因此,采用PWM调光可以提供最好性能的选择,也是未来的趋势。

  3、成本会更好。用PWM调整占空比,不需要太多额外的控制电路成本。

  4、不管调光程度有多大,允许LED一直在优化的和恒定的电流下工组。

  5、在整个调光范围内LED颜色色调保持一致(颜色色调像流明输出一样随LED工作电流而变化)。

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 楼主 | 2021-1-24 20:15 | 显示全部楼层
dsPIC MCU在系统设计过程中就是采用PWM调光方式。dsPIC MCU配备有4到8通道PWM,可轻松实现RGB真彩调光,配合10位片上ADC,管理和检测每一组灯的实时运行情况,达到更优的工作效果。

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 楼主 | 2021-1-24 20:15 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2021-1-24 20:16 | 显示全部楼层
通讯系统设计

  0-10V,DALI,DMX512是目前LED照明系统中常用的三种通讯方式,DMX512由于其数据传输高效性和传输距离远特点,逐渐成为主流方案。

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 楼主 | 2021-1-24 20:16 | 显示全部楼层
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 楼主 | 2021-1-24 20:17 | 显示全部楼层
DMX512协议是Digital Multiplex的缩写,是由美国剧场技术协会USITT提出的。最原始的版本出版于1986年,在1990年做了修改,USITT DMX512/1990是调光和灯光控制台数据传输 标准是灯光行业数字化设备的通用信号控制协议,同时也是是一种国际协议。

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 楼主 | 2021-1-24 20:17 | 显示全部楼层
DMX512的优点:

  1. 硬件成本相对低廉,协议简单可靠。

  2. 信号管道为总线型拓扑结构,一个终端的失效不会影响其它终端的正常工作,系统稳定性高。

  3. 差分电平工作方式,传输距离远,更适合离散分布的灯具。

  4. 协议为国际通用协议,兼容性好。

  5. 控制灵活方便,深得原传统舞台灯光从业者青睐。

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 楼主 | 2021-1-24 20:18 | 显示全部楼层
DMX512的不足:

  1.总线结构使得DMX设备终端数有所限制,一般为32个,需要加信号分配器。

  2.总线结构决定了必须通过地址来区别不同的设备终端,设定地址显得不太方便。

  3.如果不作扩展512个数据通道难以满足LED灯具的控制要求。

  4.编程比较复杂,只适合较为专业的灯光从业人员或专业人士使用。

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 楼主 | 2021-1-24 20:19 | 显示全部楼层
针对DMX512的不足,本方案对原DMX512协议进行了一定程度的扩展,很好的解决了其不足:

  1.通过加串行信号放大器的方式避免原来星形的信号分配器的方式,大大降低工程布线难度。

  2.提供已通过测试的DMX512协议给客户使用,缩短客户对DMX512熟悉时间,加快开发周期。

  dsPIC33方案除了提供DMX512通讯方式外,由于MCU的通用性,其外设还支持红外接口和RF接口,实现无线控制方式,增加产品的卖点;同时也可以使用内部带CAN的dsPIC33芯片,将LED灯与汽车产品连接,如汽车仪表盘背景灯,阅读灯等,增加产品类型。

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 楼主 | 2021-1-24 20:21 | 显示全部楼层
结论

  基于dsPIC33 LED驱动单芯片解决方案,将电源控制及系统管理合二为一,降低了硬件设计的复杂程度,同时又兼顾了驱动输出路数设计的灵活性,可通过改变控制芯片外围的存储器中的内容,实现对LED电流大小、亮灭时间、亮灭模式、环境亮度及系统温度等控制参数的定制,还可通过MCU的通讯接口对系统进行远距离调光控制和无线控制。基于dsPIC33 LED驱动单芯片解决方案具有以下优点:

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 楼主 | 2021-1-24 20:23 | 显示全部楼层
低成本--单芯片解决多路恒流控制,省去专用的恒流芯片,有效地降低了系统成本。

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 楼主 | 2021-1-24 20:26 | 显示全部楼层
 高效率--非隔离开关电源,没有变压器的漏磁损耗,转换效率高,系统满载时整体效率高达95%.

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 楼主 | 2021-1-24 20:27 | 显示全部楼层
驱动能力强--最多可以支持8路非隔离恒流驱动输出,可驱动8串(每串不少于14个)LED,总输出功率不低于100W.

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 楼主 | 2021-1-24 20:30 | 显示全部楼层
控制灵活--采用高性能DSC作为控制核心,可充分发挥MCU实时控制功能的优势,每路LED的电流大小、亮灭方式等均可独立控制。

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 楼主 | 2021-1-24 20:30 | 显示全部楼层
 扩展性好--配置温度、亮度、色温等检测接口,支持串口、I2C,CAN等通讯接口,为系统集成做好了铺垫。

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 楼主 | 2021-1-24 20:33 | 显示全部楼层
方案介绍

  Microchip 公司的dsPIC33F系列是高性能16 位数字信号控制器(DSC),采用改进型哈佛架构和C 编译器优化指令集,具有16 位宽数据总线和24 位宽指令,3.0-3.6V 时的工作速度达40MIPS,在LED驱动系统应用中,可以很方便实现多路开关电源(SMPS)和其它数字电源转换器如AC/DC转换器,DC/DC转换器,功率因素修正(PFC),恒流检测等功能, 本文就重点介绍利用dsPIC33 MCU实现LED电源,驱动,调光,通讯等一系列应用,下面逐一将设计思路呈现个大家。

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