增加LED的智能以改善發(fā)光質(zhì)量、效率與成本

電力線通信

PLC(電力線通信)即讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行在為設(shè)備供電的相同電源線上，而無需裝設(shè)獨(dú)立電纜作為通信鏈路，這是照明應(yīng)用的一種重要技術(shù)。對(duì)于不需要全套PLC 功能集的應(yīng)用， PLC -Lite是一種靈活的替代方法，它以較低的數(shù)據(jù)速率提供了簡捷性，并降低了協(xié)議開銷。開發(fā)人員能夠以低得多的每鏈路成本實(shí)現(xiàn)PLC-Lite，小于PLC的一些更復(fù)雜變型，如G3或PRIME(電力線智能讀表演化)。

由于PLC-Lite不是一個(gè)固定的標(biāo)準(zhǔn)，開發(fā)人員可以利用它的靈活性優(yōu)化某個(gè)通道特性的實(shí)現(xiàn)，以提高那些需要處理電力線干擾環(huán)境下的鏈路強(qiáng)健性。PLC-Lite非常適用于需要低成本但有強(qiáng)健通信通道的應(yīng)用，如家庭網(wǎng)絡(luò)中的單只燈泡或墻上開關(guān)。

開發(fā)人員還可以采用射頻技術(shù)，以無線方式連接各個(gè)設(shè)備。通過模塊化結(jié)構(gòu)，設(shè)備可以采用任何最適合客戶需求的連接。無論鏈接是采用PLC或Wi-Fi，數(shù)據(jù)都通過一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)I2C或SPI端口傳送給微控制器。

集成化優(yōu)勢

為降低系統(tǒng)成本，開發(fā)人員需要一種有足夠處理能力的微控制器，用一只微控制器就能實(shí)現(xiàn)功率級(jí)、LED控制、傳感器輸入以及遠(yuǎn)程連接能力。通常情況下，一個(gè)集成了所有系統(tǒng)控制器的單芯片設(shè)計(jì)要比需要多MCU的方案價(jià)格更低。

不過，有些照明系統(tǒng)中存在著高電壓和低電壓，通常需要在PFC和DC/DC之間有一種隔離邊界(圖3)。這種情況下，采用兩只微控制器可能更容易些，兩只微控制器通過I2C或SPI接口實(shí)現(xiàn)跨隔離邊界的通信。如果設(shè)計(jì)是非隔離的，則用同一只微控制器實(shí)現(xiàn)PFC和DC/DC轉(zhuǎn)換功能就相對(duì)簡單些。

當(dāng)為LED設(shè)計(jì)使用單個(gè)微控制器時(shí)，最好是有一種適合于廣泛應(yīng)用的高性能架構(gòu)，這樣針對(duì)數(shù)字功率控制的設(shè)計(jì)就能支持各種電源結(jié)構(gòu)。微控制器最好集成有以下功能：

(1) 高精度PWM生成以及占空比控制，以及高精度的死區(qū)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)功率級(jí)的更高效、更高性能控制。先進(jìn)PWM提供了生成非常精準(zhǔn)彩色輸出以及調(diào)光級(jí)的能力。例如， 通過1 6 路PWM輸出，微控制器可以獨(dú)立地控制多達(dá)16個(gè)單獨(dú)LED串。

(2) 提供高達(dá)4.6M采樣/s采樣與轉(zhuǎn)換速度的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。A/D模塊與PWM相結(jié)合，使工程師能夠創(chuàng)造出一個(gè)嚴(yán)密的反饋回路，對(duì)不斷變化的系統(tǒng)與周圍工作條件做出快速反應(yīng)。

(3) 內(nèi)置故障保護(hù)機(jī)制，處理過流和過壓情況。PWM故障跳閘區(qū)使系統(tǒng)能夠在意外系統(tǒng)狀況下， 繞開CPU并用一個(gè)預(yù)先設(shè)定的狀態(tài)替代PWM信號(hào)，從而防止系統(tǒng)損壞。

(4) I2C 、SPI 、UART 、USB與CAN外設(shè)具有已生產(chǎn)就緒的固件驅(qū)動(dòng)，滿足大多數(shù)LED應(yīng)用的連接需求。

德州儀器公司的C2000Piccolo 平臺(tái)是用于LED照明設(shè)計(jì)的集成微控制器的例子(圖4) 。32位TMS320C28x核心提供了微控制器器件中的數(shù)字信號(hào)處理能力，具有經(jīng)優(yōu)化的算術(shù)運(yùn)算、用于實(shí)時(shí)控制的中斷驅(qū)動(dòng)架構(gòu)，以及能響應(yīng)變化事件的可編程靈活性。TI的集成CLA(控制規(guī)齒加速器)是一個(gè)獨(dú)立核心，在無需增加成本或第二只MCU開銷的前提下，實(shí)現(xiàn)了雙核運(yùn)行。CLA能夠獨(dú)立于C28xDSP運(yùn)行，其設(shè)計(jì)可完成高效的并行處理。

Piccolo 微控制器將一個(gè)照明系統(tǒng)的功能劃分為C28x核心和CLA核心， 用一只芯片實(shí)現(xiàn)了完整的智能LED控制器。例如， CLA 可以用于運(yùn)行PLC 算法， 而同時(shí)C28x核心則專注于數(shù)字功率轉(zhuǎn)換以及LED串控制。對(duì)于需要更先進(jìn)或更高帶寬PLC 的應(yīng)用， 還有一個(gè)供Piccolo F2806x微控制器使用的集成式Viterbi復(fù)雜算術(shù)單元(VCU) 。該VCU 專門針對(duì)PLC 算法做了調(diào)整，與沒有VCU情況相比，可以使PLC處理速度提高6倍。

很多公司都提供開發(fā)軟硬件，幫助工程師們評(píng)估和設(shè)計(jì)出各種LED照明應(yīng)用，從小電壓的輔助供電系統(tǒng)，直到有遠(yuǎn)程連接功能的高電壓全交流供電系統(tǒng)。TMDSIACLEDCOMKITacLED照明與通信開發(fā)人員套件就提供了一個(gè)完整的平臺(tái)， 可加快交流供電的智能照明產(chǎn)品設(shè)計(jì)，使其具有高的工作效率( 約90% ) ，并完全支持遠(yuǎn)程連接以及照明通信協(xié)議。

附文：LED的優(yōu)點(diǎn)

照明行業(yè)正在所有領(lǐng)域轉(zhuǎn)向LED技術(shù)，以獲得LED優(yōu)于白熾燈、緊湊型熒光燈，甚至高壓鈉燈的優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)包括：

更高效率：LED有高的流明/瓦性能， 較傳統(tǒng)光源大大節(jié)省了能耗。

較少維護(hù)：LED的壽命在5萬小時(shí)水平，因此幾乎不需要頻繁的更換與維護(hù)。

直接照明：當(dāng)光源可以直接照射時(shí)，照亮一個(gè)區(qū)域需要的光輸出就較低。LED 的光線旁漏較少，因此降低了光“污染”，優(yōu)于其它光源。

抵御振動(dòng)：對(duì)街燈等應(yīng)用很重要，因?yàn)橥獠孔饔昧赡苡绊懸槐K燈的工作壽命。

更安全的技術(shù)：LED不包含水銀， 較其它照明技術(shù)對(duì)環(huán)境更加安全。

智能控制：LED照明系統(tǒng)可以支持先進(jìn)的功能，提高效率，以及更優(yōu)化的照明。這些功能從自動(dòng)調(diào)光直到自動(dòng)適配當(dāng)前環(huán)境光，以及自適應(yīng)的每日定時(shí)運(yùn)行，以獲得最大的節(jié)能效果。

快速工作：LED可以快速地完成開/閉轉(zhuǎn)換，并且具有較短的起動(dòng)時(shí)間。