基于MC9RS08KA2的高亮度LED應(yīng)用方案

發(fā)光二級(jí)管（LED）技術(shù)面世已有大約半個(gè)世紀(jì)。發(fā)光二級(jí)管是一種能在電壓出現(xiàn)偏差時(shí)發(fā)光的半導(dǎo)體設(shè)備。由于具有低功率和低電壓運(yùn)行的特點(diǎn)，該技術(shù)很快應(yīng)用于各種電子設(shè)備的狀態(tài)指示。LED 技術(shù)的使用壽命通常非常長，一般可達(dá)10 年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于其它傳統(tǒng)照明技術(shù)（例如白熾燈管和熒光燈管）。這就使人們非常希望將LED 技術(shù)應(yīng)用到更廣泛的照明應(yīng)用中。
最近面世的新技術(shù)使LED 能夠達(dá)到更高的功率水平。LED 能夠達(dá)到一瓦特的水平，有些甚至高達(dá)5 瓦特，每瓦特能發(fā)出18-44 流明（lumen）的光亮。這種LED設(shè)備稱為高亮LED（HB-LED）。由于效率方面的明顯改進(jìn)，HB-LED 正被迅速用于多種照明應(yīng)用。

下面是這些應(yīng)用的一些例子：
交通信號(hào)燈
平面顯示設(shè)備的背景照明裝置
閃光燈
家庭照明

HB-LED 具有非線性I-V 特征，非常類似于二極管，HB-LED 只能在直流電單向輸送到設(shè)備時(shí)才能點(diǎn)亮，一般稱之為正向電流IF 。通過HB-LED 的壓降則稱為正向電壓VF。要讓HB-LED 實(shí)現(xiàn)最高亮度，通過HB-LED 的正向電流必須保持恒定水平。在一般的1W HB-LED 而言，正向電流需保持在大約350mA 的水平，而相應(yīng)的正向電壓則大約為3.4V，HB-LED 便能達(dá)到其最大亮度。

正向電流IF 和正向電壓VF 有著非常緊密的關(guān)系，VF 出現(xiàn)小的變化亦會(huì)引起IF 發(fā)生較大的改變。HB-LED 驅(qū)動(dòng)的理想電源是恒定電源。實(shí)際上，恒定電流通常通過閉合回路電流控制直流-直流轉(zhuǎn)換器（DC-DC converter）來實(shí)現(xiàn)。市場上有很多基于獨(dú)立模擬組件、成本相對較低的DC-DC 轉(zhuǎn)換器解決方案。然而，基于微控制器（MCU）的解決方案可為系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來更大的靈活性。除了普通照明以外，這種控制器還能為最終應(yīng)用提供足夠的處理功能以支持額外的特性。因此它仍然具有較大的吸引力。

基于MCU 的設(shè)計(jì)的部分優(yōu)點(diǎn)如下：
（1） 燈光亮度調(diào)節(jié)和閃爍可以通過MCU 軟件輕松實(shí)現(xiàn)，而無需向系統(tǒng)中增裝其它組件。
（2） 不同功率或不同品牌的HB-LED 具有不同的特征，MCU 可以通過軟件編程以滿足不同的驅(qū)動(dòng)要求。在這種情況下，照明設(shè)備制造商可以減少庫存的類型，進(jìn)而簡化物流處理工作。
（3） 許多MCU 具有芯片閃存，可以用于應(yīng)用中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。例如，在實(shí)施燈光亮度控制功能時(shí)，芯片閃存可用于保存亮度級(jí)別。每次打開燈光時(shí)可以自動(dòng)恢復(fù)上一次的亮度級(jí)別。
（4） 除照明外，MCU 還可以處理幾種功能，如不同類型的連接標(biāo)準(zhǔn)（如Zigbee、RS232 和LIN 等）亦可以通過MCU 芯片模塊輕松實(shí)施。

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HB-LED 驅(qū)動(dòng)需要恒定電源。它通常需要閉環(huán)控制。有時(shí)系統(tǒng)采用電池供電，電池電壓會(huì)隨時(shí)間而不斷下降。在電池電量全部用完之前，需要反饋控制回路來保持恒定的驅(qū)動(dòng)電流。此外HB-LED 的正向電壓VF 會(huì)隨周圍環(huán)境溫度的變化而變化，因此需要閉環(huán)控制來補(bǔ)償VF 的變化，以便保持正向電流IF 以及HB-LED 亮度的穩(wěn)定。

人們一般采用轉(zhuǎn)換模式調(diào)節(jié)方法而不是直線調(diào)節(jié)方法來驅(qū)動(dòng)HB-LED。開關(guān)調(diào)節(jié)器有著更高的功能轉(zhuǎn)換效率及較適合用于數(shù)字設(shè)計(jì)上。

假設(shè)電源電壓是高于所需的HB-LED 正向電壓，開關(guān)調(diào)節(jié)器會(huì)通過電源電壓斬波來進(jìn)行整流，控制斬波時(shí)的占空比可以控制輸出的平均電流。斬波機(jī)制的執(zhí)行很簡單，只需使用一個(gè)功率場效應(yīng)晶體管（MOSFET）充當(dāng)開關(guān)來斷開電源和用電設(shè)備之間的電流。MOSFET 由脈寬調(diào)制（PWM）輸出控制，其中的斬波頻率亦相等于PWM輸出的頻率。

通常情況下，如果電源電壓和所需的負(fù)載電流都是恒定的，則不需要任何反饋控制環(huán)路（如圖1 所示）。開關(guān)調(diào)節(jié)器可以通過調(diào)節(jié)斬波頻率或其占空比來控制設(shè)備的平均電流。然而有些情況這種拓?fù)洳⒉贿m用。如所需設(shè)備電流比較大時(shí)，切斷電流會(huì)產(chǎn)生較大的電流尖峰，而這可能會(huì)影響系統(tǒng)的電磁干擾（EMI）性能。

圖1：直接斬波拓?fù)?/p>