Microchip dsPIC在LED照明的解决方案

只看该作者 · 2021-1-24 20:09

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:10

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:10

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:13

　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：

只看该作者 · 2021-1-24 20:14

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）。

只看该作者 · 2021-1-24 20:15

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:15

只看该作者 · 2021-1-24 20:16

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:16

只看该作者 · 2021-1-24 20:17

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:17

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:18

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:19

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:21

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：

只看该作者 · 2021-1-24 20:23

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:26

　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%.

只看该作者 · 2021-1-24 20:27

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.

只看该作者 · 2021-1-24 20:30

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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:30

　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。

只看该作者 · 2021-1-24 20:33

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。