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高效能MCU助阵 LED照明系统增添智能功能

2013-10-11 10:17
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  将智能功能加入发光二极体(LED)照明应用须要将固定功能LED驱动器改换成微控制器(MCU)或可程式架构(Programmable Architecture)。对于需要进阶功能的应用而言,使用MCU可达到许多智能功能,例如原生调光控制(Native Dimming Control)、专业混色(Specialized Color Mixing)、适应式照明控制(Adaptive Lighting Control)及远端连结(Remote Connectivity)。

  对于照明应用而言,电力电子(Power Electronics)产品专用的MCU甚至能有效控制灯具电源供应,使其符合成本效益,并进行照明控制及通讯。如同许多现代电子产品的趋势,改用数位控制开启了更多弹性空间,且为照明产品带来新水准的智能功能及差异性。

  专用MCU满足LED应用市场

  照明产业经过快速演进,现今LED技术展现许多效益。然而,不同类型的LED照明应用,因所支持的功能不同,亦有极大的差异。其中,住宅方面的应用包括灯泡更换、重点照明(Accent Lighting)与小范围室外照明,一般而言只须点亮一或两个LED灯串,但此一市场具有成本压力,因此进阶控制尚不普遍。至于商业应用方面,包括萤光灯安定器(Fluorescent Ballast)、灯泡更换及重点照明,亦只须点亮一至两个LED灯串,同样受限于成本考量,此一市场具有高度节能意识;而高阶应用则须要远端连结与智能型控制器功能。

  此外,娱乐应用方面,则包括高阶显示器及情景照明(Mood Lighting)。完整强度控制与一致的色彩品质相当重要,对于数位寻址照明介面(DALI)或DMX-512之类的业界标准通讯协定,远端连结与支援也相当重要。室外及基础建设则包括街道照明、工厂与办公大楼照明等应用,此一市场的设备一般有为数众多的LED,并须支援许多灯串,其中,高亮度LED也相当常见,而这些应用则相当须要远端连结与高度智能控制器。

  降低系统建置成本MCU实现高弹性LED照明

  最简单的LED照明系统使用LED驱动器。这些固定功能装置可直接控制LED,且成本相当低。一般而言,这些装置可达到良好的能源效率,且不须要软体程式设定。在最坏的情况下,开发人员须进行多次计算,选择所需的驱动器,或决定电路板元件的配置值。

  虽然LED驱动器可直接使用,不过对于较进阶的系统而言则显得弹性不足。若要支援不同类型的LED(如高瓦数或不同色彩),或不同的LED灯串配置,则可能须使用不同的解决方案。事实上,系统的任何改变(如灯串的LED数和灯串数)都可能使驱动器也须随之变更。因此,原始设备制造商(OEM)供应的大多数照明产品都可能需要独特的类比驱动器。对于大型系列产品而言,这会增加OEM或供应商的库存品项数,而可能造成经济规模降低或设备成本提高。

  另一方面,智能型控制器能让开发人员建立更具弹性的照明系统。在MCU系统中,可设定程式码支援各种LED、独特的功率级需求、不同的灯串长度以及不同数量的灯串,而不须大幅变更硬件。系统也可另做设计,以自动侦测须要驱动哪些LED。MCU系统的可编程特性也可达到进阶调光及定序功能,提供更进阶的照明场景控制和自动化照明亮度。

  弹性的数位化控制可使OEM能设计可控制多种产品的单一控制器。由于控制器IP可重复使用,因此也可大幅减少设计投资;弹性的控制器亦可减少库存的装置数目,同时透过更大的规模经济降低整体系统成本。

  实现智能型LED照明数位控制整合功不可没

  智能型LED照明系统的基本架构包含叁个主要阶段,即电源转换(Power Conversion)、LED控制及通讯(图1)。电源转换阶段会将正确的电压及电流传送到LED。首先进行交流对直流(AC-DC)整流,再进行功率因数修正(PFC)阶段,最后进行一次或多次平行直流对直流(DC-DC)转换阶段。若要提供有效的电源转换,则须要精准、灵活地控制这些转换阶段。

高效能MCU助阵 LED照明系统增添智能功能

图1 智能型LED照明系统包含电源转换、LED控制及通讯叁个主要阶段

  各个主要阶段皆需智能型控制器维持效率及功能。使用固定功能的类比做法时,可能需要个别的PFC、DC-DC、LED及通讯控制器。然而,使用专用的电源电子产品MCU时,可透过高度整合降低灯具电源供应的元件成本。在效能、电源优化的周边及通讯连接埠充足的情况下,单一MCU可控制照明系统功率级、LED照明控制及通讯等叁大主要部分的潜力。透过MCU的数位整合功能,照明系统能减少许多不必要的元件,同时运用中央可程式平台协调控制智能型照明系统的叁个主要阶段。

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