基于MC9RS08KA2的高亮度LED應(yīng)用設(shè)計(jì)思路

　 MC9RS08KA2 系統(tǒng)

　　對(duì)于普通的 HB-LED 應(yīng)用，MCU 控制系統(tǒng)的反饋回路。它測(cè)量HB-LED 正向電流并調(diào)節(jié)電源開關(guān)的占空比，將HB-LED 亮度保持在目標(biāo)水平。因此，MCU 必須至少具有PWM驅(qū)動(dòng)功能。通常情況下，30KHz -100KHz 的PWM輸出頻率就足夠了。此外，MCU 應(yīng)當(dāng)能夠執(zhí)行電壓測(cè)量，這是閉環(huán)控制系統(tǒng)必需的。

　　許多飛思卡爾MCU 都能用于HB-LED 照明應(yīng)用。對(duì)于一般的HB-LED 應(yīng)用，可以使用MC68HC908Qxx 系列。它支持8 針腳封裝，并帶有專用的PWM 模塊和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換(ADC)模塊。對(duì)于成本敏感型應(yīng)用，可以使用MC9RS08KA2。它也支持8 針腳封裝，不帶芯片ADC，但包括模擬比較器 (ACMP)，這對(duì)HB-LED 應(yīng)用來說也已經(jīng)足夠了。

　　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(shí)需要使用特定的電壓調(diào)節(jié)器(可以是一個(gè)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(dòng)電壓高于MCU VDD 的高端開關(guān)SW1?！?/FONT>

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(cè)量的。KA2 收集電壓測(cè)量VSENSE 值，并與簡易電位計(jì)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(shí)KA2 會(huì)逐漸降低驅(qū)動(dòng)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(shí)，占空比會(huì)逐漸增加，直到VSENSE 增加到VREF 以上。

　　亮度控制

　　HB-LED 驅(qū)動(dòng)電流由參考電壓VREF 定義。如圖4 所示，VREF 由一個(gè)簡易電位計(jì)定義。VREF 的變化是通過改變電位計(jì)電壓進(jìn)行的。圖4 顯示了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的簡易方法。KA2 的一個(gè)通用輸入輸出端(如PTA5)將一個(gè)附加電阻器R3 連接到電位計(jì)上。當(dāng)選擇PTA5 作為輸入端時(shí)，它便成為高阻抗，R3 漂浮不定，電位計(jì)輸出只由R1 和R2 定義。如果需要更低的參考電壓，PTA5 就變?yōu)榈臀惠敵觯ㄟ^R3的附加電流會(huì)降低參考電壓。隨著VREF 的降低，HB-LED 正向電流會(huì)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(diǎn)來輸入更多亮度水平。

　　電源電壓的補(bǔ)償

　　如果應(yīng)用只需一個(gè)亮度水平，就無需將電位計(jì)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(gè)專用控制位可用于啟動(dòng)此電壓參考。當(dāng)該參考啟動(dòng)時(shí)，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(duì)比VSENSE 和固定參考點(diǎn)1.24V，MCU 可以調(diào)節(jié)PWM 的占空比，從相應(yīng)地補(bǔ)償VIN a 的變化，而令輸出電流保持一個(gè)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(jì)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(shí)器溢出的時(shí)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(shí)間初始化為它的最小值。主控制回路保存兩個(gè)變量：打開時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間變量。這兩個(gè)變量按相反方向調(diào)節(jié)，以便將整體時(shí)間長短保持在恒定水平。打開時(shí)間和關(guān)閉時(shí)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(jī)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(huì)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(gè)CPU 周期。該數(shù)字包括軟件開銷及SW1 打開時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間的總和(也就是可調(diào)節(jié)的占空比)。比如說，如果打開時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間總和為128 個(gè)CPU 周期，則200 個(gè)周期中的72 個(gè)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(jì)目標(biāo)是實(shí)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。