基于微控制器技术

1 新的挑战
随着照明行业持续向LED技术转型，对高智能控制器与驱动器的需求也日渐提升。加之，电力价格的上扬也为消费者及企业带来高额的运营成本。实践证明，只有使LED处于高效工作状态才能显著降低成本。这是因为许多应用在运行高级控制功能状态时需要产生高度一致的光质，例如调光、平衡以及精确色彩混合等状态。此外，远程连接在各种应用需求上也日益俱增，并在现场维护处理时要求具有自我诊断之功能以降低高昂的维护费用。
面对这些新的挑战，若将智能功能引入大量的LED照明应用之中，则需要将功能既定的LED驱动器转换为微控制器的架构或可编程架构，这样才能成为有效的应对。使用微控制器可实现大量的智能特性，比如本机调光控制、专用色彩混合、自适应照明控制以及远程连接等，并且又达到需要高级功能应用之目的。专用电源电子微控制器除提供照明控制与通信功能之外，还可实现高效照明设备的低成本，从而可进一步改善照明应用。和众多现代电子产品的趋势一样，使用数字控制可提高照明产品的灵活性，并为其带来更高级别的智能性与差异化服务。
2 基于微控制器的架构是支持智能LED平台新途径
最简单的 LED 照明系统使用一个LED驱动器。这些一般为固定功能的器件，可为控制LED提供简单直接的低成本方法。它们通常具有良好的电源效率，并且无需软件编程。开发人员在选择驱动器或测定板级组件的配置值时，最多只需进行几次计算。虽然使用方法简单直接，但许多 LED驱动器缺乏支持更高级系统的灵活性。要支持各种类型的LED（比如更高功率或不同色彩）或不同的LED串配置，可能需要不同的解决方案。实际上，系统的任何变化（比如串中的LED数或串数）都可能导致驱动器的更换。因此，许多制造厂商提供的大多数照明产品将很有可能需要独特的模拟驱动器。对于庞大的产品组合或系列而言，这会增加制造厂商或其他供应商必须仓储的存货项目数量，从而可能会导致经济规模缩减，设备成本上升
LED驱动器面临新的挑战
照明行业的持续发展，使LED驱动器 技术得到了充分发挥，并为其创造出诸多优势提供了条件。但是，对于不同类型的LED照明应用则需要在支持的功能上也有显著的差异。如：在住宅领城，其应用包括灯泡更换、局部照明以及小型户外照明，一般只需点亮少量LED，通常1到2串，迫于该市场的低成本压力，高级控制功能并不广泛；在商业领城，其应用包括日光灯镇流器、灯泡更换以及局部照明，通常只需要1到2串的少量LED。该市场很关注成本，但也非常注重能源问题，因此高端应用在该市场将需要远程连接以及一些智能化的控制器；在娱乐领城，其应用包括高端显示及意境照明，而全面的亮度控制与一致的色彩质量非常重要，因为需要远程连接以及支持照明通信协议DMX512和DALI等行业标准协议，例基于DMX512协议的智能照明调光系统；在户外与基础设施领城，其应用包括街道照明、工厂照明以及大型办公楼照明等，设备一般有大量的LED，而且必须灯串的支持，高亮度LED也很常见，这些应用需要远程连接以及高级别的控制器智能性。
智能控制器的开发是有效的应对
智能控制器可为开发人员带来创建更多高灵活性照明系统的潜力。在基于微控制器的系统中，可配置代码来支持不同类型的LED、独特的功率级需求、不同的串长以及不同的串数并无需大幅调整硬件。这种系统甚至可设计为自动检测需要驱动的LED。微控制器系统的可编程属性甚至可以支持高级调光及调度功能，以及实现更高级的照明场景控制与自动照明。数字控制的高灵活性可帮助制造厂商设计出能够驱动大量终端产品的统一驱动器。由于控制器IP可重复使用，因而设计投入也可大幅削减。高灵活性的驱动器不但可降低需要库存的器件存货数量，而且还可通过扩大经济规模来降低整体系统成本。
3 通过数字控制实现集成的技术构方案
智能LED照明系统的基本架构
智能LED照明系统的基本架构包括电源转换、LED控制以及通信三大环节（见图 1所示）。其电源转换环节可为LED提供校正的电压及电流。首先是AC/DC整流，然后进行功率因数校正环节(PFC)，接着是一个或多个并行DC/DC转换环节。要实现高效率电源转换，需要对这些转换环节进行精确而灵活的控制。
从图1的智能LED照明系统的基本架构中，其每个环节都需要智能控制器来保持其高效率与高功能性。通过采用高度灵活的电源数字方法，可将多个或全部这些控制器整合在单个微控制器上，从而降低系统复杂性与成本。每个主要环节都需要智能控制器来保持其高效率与高功能性。若采用固定功能模拟方法，可能需要独立的PFC、DC/DC、LED以及通信控制器。然而，采用专用电源电子控制器，还可通过高集成度降低照明设备的电源组件成本。单个控制器具有充足的性能、电源优化外设以及通信端口，并可控制照明系统的电源环节、LED照明控制以及通信的三大环节。从而在这类集成水平上，照明系统可去除大量多余的组件，并帮助中心编程平台顺畅地控制智能照明系统的所有三大环节。
电源数字控制技术特征
电源的数字控制还能够为动态系统实现更高的转换效率。虽然与传统照明光源相比，LED能够显著提高效率，降低工作与能源成本，但不是所有基于LED的系统在这方面都是一致的。数字电源控制可在以任何方式调光、改变色彩输出或调整输出光源的时候，为LED照明系统的电源环节实现更高的效率。与此类似，在固定照明条件下，微控制器还可通过实现更高级的功率级设计，提高工作效率。这种效率提升对终端客户具有极大的吸引力，当两个LED在其他方面旗鼓相当时，这一点他们之间的重要的分水岭。
试想某城市计划更换2,000盏街灯，对两种效率相差10%的型号进行比较（见图2）。需要的是效率较高系统的输入功率是178W（图2绿色所示），而效率较低的系统则需要输入200W（图 2兰色所示）才能产生相同的160W（图2黃色所示）出入光源。单凭电源功率效率对本示例而言，大概可节省10%的额外能源，即每年可节省33,726美元的能源成本。并且值得注意的是这些节省还在LED系统本身带来的节省之外。
从图2看出，与基于模拟的系统相比，在使用LED技术本身带来的节省之外，数字电源控制还可实现更高的转换效率。在本例中，仅凭电源效率，10%的效率差异每年就可节省大约10%的额外能源成本，也就是33,726美元。这就是基于数字控制的LED电源系统与基于模拟LED电源系统技术特征的显著区别。
4 基于微控制器智能LED平台的优势
应该说，基于微控制器智能LED平台的优势集中反映在：其一、质量、效率与成本等三方面；其二、通过远程连接以实现提高效率之目的。