基于MC9RS08KA2的高亮度LED應(yīng)用方案

圖4 是基于MC9RS08KA2 的簡單buck 變換器系統(tǒng)示意圖。在很多情況下，應(yīng)用電源電壓VIN 與MCU 的電源電壓（VDD）不同。有時需要使用特定的電壓調(diào)節(jié)器（可以是一個簡單的接地齊納二極管）將VIN 降低到MCU 操作范圍VDD。此外還需要電平轉(zhuǎn)換器，使MCU 能夠撥動電壓高于MCU VDD 的高端開關(guān)SW1。

圖4：基于MC9RS08KA2 的buck變換器系統(tǒng)

HB-LED 的正向電流是通過電阻器RSENSE 測量的。KA2 收集電壓測量VSENSE 值，并與簡易電位計創(chuàng)建的固定參考電壓VREF 進(jìn)行比較。如果VSENSE 高于VREF，表示HB-LED 正向電流高于目標(biāo)值。這時KA2 會逐漸降低驅(qū)動SW1 的占空比，直到VSENSE 降低到參考值以下。相反，當(dāng)VSENSE 低于VREF 時，占空比會逐漸增加，直到VSENSE 增加到VREF 以上。

亮度控制

HB-LED 驅(qū)動電流由參考電壓VREF 定義。如圖4 所示，VREF 由一個簡易電位計定義。VREF 的變化是通過改變電位計電壓進(jìn)行的。圖4 顯示了實現(xiàn)這一目標(biāo)的簡易方法。KA2 的一個通用輸入輸出端（如PTA5）將一個附加電阻器R3 連接到電位計上。當(dāng)選擇PTA5 作為輸入端時，它便成為高阻抗，R3 漂浮不定，電位計輸出只由R1 和R2 定義。如果需要更低的參考電壓，PTA5 就變?yōu)榈臀惠敵?，通過R3的附加電流會降低參考電壓。隨著VREF 的降低，HB-LED 正向電流會相應(yīng)地調(diào)節(jié)而改變亮度水平。利用相同的方法可定義出更多的參考點來輸入更多亮度水平。

電源電壓的補償

如果應(yīng)用只需一個亮度水平，就無需將電位計連接到 KA2 模擬比較器的端子上。KA2 比較器的正極端子已備有內(nèi)部帶隙電源，VSENSE 可以利用此電源電壓參考進(jìn)行比較。KA2 上有一個專用控制位可用于啟動此電壓參考。當(dāng)該參考啟動時，相應(yīng)的MCU 針腳變成通用輸入輸出端。帶隙電源電壓水平固定在1.24V 而不受MCU 電源電壓VDD 的影響。

無論VIN 的變化是否反應(yīng)到MCU VDD 上，通過對比VSENSE 和固定參考點1.24V，MCU 可以調(diào)節(jié)PWM 的占空比，從相應(yīng)地補償VIN a 的變化，而令輸出電流保持一個恒定水平。

軟件控制回路

KA2 沒有專用的PWM模塊。在軟件設(shè)計的主循環(huán)中，可以監(jiān)控來自RSENSE 的反饋電壓，并產(chǎn)生PWM控制的波形作為SW1 的開關(guān)操作。PWM打開狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)的長短由芯片定時器溢出的時間確定。

圖5 顯示了一般的軟件控制流程。重啟后，MCU 開始初始化程序。PWM打開時間初始化為它的最小值。主控制回路保存兩個變量：打開時間和關(guān)閉時間變量。這兩個變量按相反方向調(diào)節(jié)，以便將整體時間長短保持在恒定水平。打開時間和關(guān)閉時間一同確定可調(diào)節(jié)的占空比，該值和軟件開銷共同定義PWM周期的長短。

圖5：MC9RS08KA2 的軟件控制流程

任何用以執(zhí)行其它功能（如亮度調(diào)節(jié)）的人機界面都可以添加到軟件的主控制循環(huán)上。添加的軟件編碼被視為軟件開銷，會影響整體PWM輸出周期的長短。PWM輸出周期長短應(yīng)保持恒定，由要控制循環(huán)中執(zhí)行的CPU 周期總數(shù)確定。所需的PWM頻率越高，主控制循環(huán)的編碼預(yù)算越低。例如，如果PWM頻率要求為50KHz，KA2 允許的最大總線頻率為10MHz，在這種情況下主控制循環(huán)必須保持
在200 個CPU 周期。該數(shù)字包括軟件開銷及SW1 打開時間和關(guān)閉時間的總和（也就是可調(diào)節(jié)的占空比）。比如說，如果打開時間和關(guān)閉時間總和為128 個CPU 周期，則200 個周期中的72 個就成了軟件開銷，該主循環(huán)的可控制占空比范圍則為72/200=36% 到100%。

結(jié)語

基于MCU 的解決方案可為應(yīng)用提供全面靈活性。目前，即使最低端的8 位MCU都具有足夠的CPU 帶寬，不僅能執(zhí)行DC-DC 操作，還可以在應(yīng)用中增加更多功能而幾乎不需要增加成本。MCU 的設(shè)計目標(biāo)是實現(xiàn)全面的解決方案。飛思卡爾提供的MCU 亦支援各種通信標(biāo)準(zhǔn)，如射頻（RF）連接領(lǐng)域的Zigbee 、有線連接領(lǐng)域的LIN、CAN 和DMX512 等，這為LED 照明提供了巨大的應(yīng)用空間。