功率与控制的结合使ＬＥＤ照明方案灵活、简便

Ｇａｖｉｎ　Ｈｅｓｓｅ

摘要：嵌入式电源控制器——PowerPSoC集成了多通道LED恒流通道系统，可为客户降低BOM成本，提供更大的设计灵活性。其不仅提供光的智能控制，也是LED恒流电源，可有效用来处理通信、调光、输入电压及恒定电流控制等问题。

关键词：PowerPSoC；LED；照明；功率控制器；恒流

经济动荡不安的时代传达给设计工程师的信息非常明确，那就是省钱!这一点在LED成本还很高的照明解决方案中显得尤为重要。赛普拉斯的PowerPSoC一一嵌入式电源控制器有助于降低LED照明方案的成本。

PowerPSoc的集成度较高，不仅包含了配置4路独立电源类型(降压／升压／升降压)所需的4路6MHz电流放大器，4路2MHz的迟滞控制器，4个1A、32V的N型场效应管，甚至还内置了最高输入电压为32V的降压控制器，用以提供嵌入式系统所需要的5V电压。这样的集成度给客户带来的直接好处就是成本优势。图1是标准的照明设计示意图。该图看似复杂，但其实可以压缩为3个单元。首先，电源单元用于提供系统所需要的各类电压类型，其输入电压范围为12～32V；其次，LED恒流控制单元为LED串提供恒定的电流；最后，智能控制单元用于提供调光、通信及其他附加功能。

为了充分挖掘集成的潜力，需要将图1中的单通道LED控制系统扩展为4条通道。许多LED装置需要多条通道以便智能地调整颜色和亮度。图2显示的是四通道系统。

上述系统显示，每条LED通道都需要一条恒流控制环路，所以即使只需要一个智能控制器，但同样也会增加成本。PowerPSoC则完全集成了这些额外的恒流控制器，如图3中突出部分所示。

实际上，整个4通道LED系统都被集成到一个器件中了。对分立器件方案来说，由于每条恒流通道的成本都非常昂贵，因而这可显著节约BOM(物料清单)成本。

成本优势只是其一。相对于分立器件分离式控制器而言，使用嵌入式控制器可为设计提供高度的灵活性。例如，内部迟滞控制器的设置可针对参考电压进行相应的调整，这实质上意味着照明系统的恒定电流可直接从固件更新，而无需改变外部采样感应电阻。

由于在1～4条通道中可将PowerPSoc用于引脚兼容的器件，高灵活性也意味着可为多个照明器材提供照明引擎，从而不仅能够节省大量的工程重复设计工作，同时也意味着可将基础设计用于办公环境的白光或娱乐环境的多色彩混合射灯等不同应用领域。

鉴于许多照明设计人员是初次接触半导体，PowerPSoC器件要尽量简单易用。由于PowerPSoC的一条通道要用于电源控制，所以其共有三种PSoC Designer用户模块(用于简化普通功能实施情况的预配置、预特征化的代码块)和三行“C”代码。

用户模块是包含API和寄存器设置的预配置代码块。设置第一个用户模块需要占用一条功率通道，工程师须将电流感应放大器拖放到图中指定的位置。电流放大器有一些可调节的设置，其中最重要的是增益设置，这也是独立修改系统恒定电流的另一种方式。

第二个用户模块是调光模块，这也是PowerPSoC相对于竞争对手所具有的一种优势。大多数竞争对手的调光模块只提供少量8～10位PWM(脉宽调制)硬件，而PowerPSoC可提供4个16位硬件调光模块，这些模块可配置为PWM或以下两种：1、赛普拉斯PRISM扩展频谱信号，其可将照明系统的EMI(电磁干扰)降低到70dB；2、赛普拉斯硬件密度调制PWM(DMM)，即12位抖动PWM。

最后一个用户模块是迟滞控制器，其与电流放大器、调制器以及内部n-FET相连接。所以这些模块可以时，V_{Shunt device}×I_LED的功耗转化为热量。使用低R_DS-ONFET将最大限度地减少这种效率损失。

LM3409多种调光功能

美国国家半导体的LM3409是一种独一无二的LED驱动器，可以轻松实现模拟和PWM调光功能。在此部件上可以有四种方法实现LED调光；

1直接使用0V至1.24V的电压源驱动IADJ引脚实现模拟调光；

2通过在IADJ引脚与Gnd之间放置电位器实现模拟调光；

3使用Enable引脚实现PWM调光；

4通过外部分流器PET实现PWM调光。

LM3409通过连接电位器实现模拟调光。内部5μA电流源在R_ADJ上产生电压，该电压反之改变内部电流检测阈值。使用直流电压直接驱动I_ADJ引脚可以获得同样效果。

图4显示了测得的LED电流与I_ADJ引脚和Gnd之间的电位器电阻的关系图。1Amp处的平顶表示最大额定LED电流，该值由图4中所示的电流检测电阻R_SNS设置。

图5将测得的LED电流显示为I_ADJ引脚上的驱动直流电压的函数。请注意R_SNS设置了相同的最大LED电流。

两种模拟调光选项均可轻松实现并提供线性极强的调光性能、直到低至最大值10％左右的水平。

结语

有许多方法可以针对开关模式稳压器供电的LED进行调光。两类主要的方法：PWM和模拟法均各有利弊。PWM调光可以显著减少LED的颜色变化，与此同时，让亮度水平发生变化，但前提是需要添加逻辑电路来产生PWM波形。模拟调光的电路更加简单，但可能不适合那些要求恒定色温的应用。针对降压／升压／升降压应用进行相应配置。

包含三条START命令的“C”代码，对于设计人员来说这三条命令再简单不过了(如图4)。

除上述功率通道外，PowerPSoC还包含有数字和模拟资源，可用于DMX512和DALI等数字通信协议功能，及赛普拉斯CapSense触摸控制专利技术等用户界面。

总之，PowerPSoc是正在蓬勃发展的照明市场中一支强劲的新生力量，可为客户降低BOM中的成本，提供更大的设计灵活性，甚至还能实现更多的功能。其不仅提供光的智能控制，也是LED恒流电源，可有效用来处理通信、调光、输入电压及恒定电流控制等问题。