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　方案介紹

　　Microchip 公司的dsPIC33F系列是高性能16 位數字信號控制器(DSC)，采用改進型哈佛架構和C 編譯器優化指令集，具有16 位寬數據總線和24 位寬指令，3.0-3.6V 時的工作速度達40MIPS,在LED驅動系統應用中，可以很方便實現多路開關電源(SMPS)和其它數字電源轉換器如AC/DC轉換器，DC/DC轉換器，功率因素修正(PFC)，恒流檢測等功能， 本文就重點介紹利用dsPIC33 MCU實現LED電源，驅動，調光，通訊等一系列應用，下面逐一將設計思路呈現個大家。

　　電源部分設計

　　LED的壽命最終取決于對流經LED的電源的處理，目前由于對成本的追求，很多LED燈具廠家還在使用阻容降壓方式的電源給LED供電，這對LED性能造成很大的傷害，其產品性能也大打折扣;另外由于世界各國及地區的電力環境不同，民用電壓也存在差異，各國電器的電壓適用范圍也不同，高品質LED燈具廠在制作LED電源時，都會采用數字電源方式以使LED能夠獲得最干凈的電源，延長LED的工作壽命。

　　dsPIC33F “GS”系列數字電源DSC可全面支持數字控制環路，因為它們均配備4至8個分辨率為1納秒(ns)的PWM,多達4個20ns的比較器以及1或2個采樣率為2 - 4 MSPS、具有低延遲及高分辨率控制的10位片上ADC,而每個比較器對應有1個集成的數模轉換器(DAC)。這些器件采用18至44引腳，具有6至16 KB閃存。這些器件的交互式外設既可將處理器的干預減至最低，又能滿足高速電流模式控制的實時需求。

　　首先將差異性較大的民用交流電轉化為直流電壓，在此過程中通過K1、K2、K3采集外界電壓變化，由dsPIC33 PWM控制輸出電壓大小，保證輸出電壓的穩定性，適用于各種電壓范圍，大大降低了因為民用電壓不同而需要生產不同型號LED燈具的困擾。

　　然后dsPIC33產生的SPWM驅動全橋電路，產生交流電壓，通過互感器檢測波形，經變壓隔離后，再進行PFC調整輸出安全穩定的直流電壓供后續處理供LED使用。

　　典型的BUCK電路，通過PWM波形和AD組成的閉環電路，有效的控制輸出穩定性，特別指出在該方案中對續流二極管的處理，既增加了系統穩定性，也降低了功耗。

　　LED驅動部分設計

　　目前市場中有很多LED驅動專用芯片，優點是電路簡單，體積小，成本低，但是這種電路也有其無法克服的缺點，如：設計單一，智能水平低，驅動電流小，無法做升壓電路，無法量化輸出等。

　　dsPIC系列MCU,配備4至8個分辨率為1納秒(ns)的PWM和采樣率為2 - 4 MSPS的10位AD,通過MCU PWM控制MOS對流經LED的電流進行控制，高分辨率可以讓輸出電流電壓做到精細化調整，AD采集實時電流，量化輸出，對LED的工作狀態進行實時監控，PWM與AD構成閉環控制，最大程度穩定LED的工作狀態，縮小由于LED自身差異性造成的不穩定性。

　　Boost升壓恒流過程要分充電和放電兩個部分來說明這個電路。

　　充電過程

　　在充電過程中，開關閉合(MOS管導通)，等效電路如圖二，開關(MOS管)處用導線代替。這時，輸入電壓流過電感。二極管防止電容對地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個比率跟電感大小有關。隨著電感電流增加，電感里儲存了一些能量。

　　放電過程

　　當開關斷開(MOS管截止)時的等效電路。當開關斷開(MOS管截止)時，由于電感的電流保持特性，流經電感的電流不會馬上變為0,而是緩慢的由充電完畢時的值變為0.而原來的電路已斷開，于是電感只能通過新電路放電，即電感開始給電容充電，電容兩端電壓升高，此時電壓已經高于輸入電壓了。升壓完畢。

　　恒流過程

　　在輸出負載端加入一個采樣電阻，將負載兩端電流情況通過AD,反饋給MCU處理，調整輸出PWM占空比，實現恒流處理。

　　調光系統設計

　　LED調光決方案及規范一直在不斷變化，直到現在還未固定下來，所以現在市場上存在PWM、模擬及可控硅(TRAIC)三種調光方案。三種方案中模擬調光較為簡單，實現比較容易。模擬調光方案的缺點是，LED電流的調節范圍局限在某個最大值至該最大值的約10%之間(10:1調光范圍)，由于LED的色譜與電流有關，因此這種方法并不適合于某些應用。可控硅(TRAIC)調光方案是目前市場中比較常用的方案，它是基于傳統光源如白熾燈的一種調光方案，其優點在于不需要改變現有房間布線，施工簡單，通用性比較強，但是其本身是利用犧牲功率因數和增加了電路的復雜性為代價，而且可控硅(TRAIC)調光也不可以實現無極調光，當可控硅的導通角低到一定程度時，燈具就會出現閃爍，這是其方案原理決定的。PWM調光是調光市場的主流方案，其優點如下：

　　1、用PWM調光從零到最光，都不會有閃爍的現象。

　　2、性能會更好。因為調光輸出功率采用了功率因數校正電路，這是配合全球對燈光采用功率因數有強制性的要求，雖然一般從25W開始有這要求，但美國要求燈光從零瓦起已需強制性功率因數校正電路。如采用TRAIC調光將犧牲功率因數和增加了電路的復雜性。因此，采用PWM調光可以提供最好性能的選擇，也是未來的趨勢。

　　3、成本會更好。用PWM調整占空比，不需要太多額外的控制電路成本。

　　4、不管調光程度有多大，允許LED一直在優化的和恒定的電流下工組。

　　5、在整個調光范圍內LED顏色色調保持一致(顏色色調像流明輸出一樣隨LED工作電流而變化)。

　　dsPIC MCU在系統設計過程中就是采用PWM調光方式。dsPIC MCU配備有4到8通道PWM,可輕松實現RGB真彩調光，配合10位片上ADC,管理和檢測每一組燈的實時運行情況，達到更優的工作效果。

　　通訊系統設計

　　0-10V,DALI,DMX512是目前LED照明系統中常用的三種通訊方式，DMX512由于其數據傳輸高效性和傳輸距離遠特點，逐漸成為主流方案。

　　DMX512協議是Digital Multiplex的縮寫，是由美國劇場技術協會USITT提出的。最原始的版本出版于1986年，在1990年做了修改，USITT DMX512/1990是調光和燈光控制臺數據傳輸 標準是燈光行業數字化設備的通用信號控制協議，同時也是是一種國際協議。

　　DMX512的優點：

　　1. 硬件成本相對低廉，協議簡單可靠。

　　2. 信號管道為總線型拓撲結構，一個終端的失效不會影響其它終端的正常工作，系統穩定性高。

　　3. 差分電平工作方式，傳輸距離遠，更適合離散分布的燈具。

　　4. 協議為國際通用協議，兼容性好。

　　5. 控制靈活方便，深得原傳統舞臺燈光從業者青睞。

　　DMX512的不足：

　　1.總線結構使得DMX設備終端數有所限制，一般為32個，需要加信號分配器。

　　2.總線結構決定了必須通過地址來區別不同的設備終端，設定地址顯得不太方便。

　　3.如果不作擴展512個數據通道難以滿足LED燈具的控制要求。

　　4.編程比較復雜，只適合較為專業的燈光從業人員或專業人士使用。

　　針對DMX512的不足，本方案對原DMX512協議進行了一定程度的擴展，很好的解決了其不足：

　　1.通過加串行信號放大器的方式避免原來星形的信號分配器的方式，大大降低工程布線難度。

　　2.提供已通過測試的DMX512協議給客戶使用，縮短客戶對DMX512熟悉時間，加快開發周期。

　　dsPIC33方案除了提供DMX512通訊方式外，由于MCU的通用性，其外設還支持紅外接口和RF接口，實現無線控制方式，增加產品的賣點;同時也可以使用內部帶CAN的dsPIC33芯片，將LED燈與汽車產品連接，如汽車儀表盤背景燈，閱讀燈等，增加產品類型。

　　結論

　　基于dsPIC33 LED驅動單芯片解決方案，將電源控制及系統管理合二為一，降低了硬件設計的復雜程度，同時又兼顧了驅動輸出路數設計的靈活性，可通過改變控制芯片外圍的存儲器中的內容，實現對LED電流大小、亮滅時間、亮滅模式、環境亮度及系統溫度等控制參數的定制，還可通過MCU的通訊接口對系統進行遠距離調光控制和無線控制。基于dsPIC33 LED驅動單芯片解決方案具有以下優點：

　　低成本--單芯片解決多路恒流控制，省去專用的恒流芯片，有效地降低了系統成本。

　　高效率--非隔離開關電源，沒有變壓器的漏磁損耗，轉換效率高，系統滿載時整體效率高達95%.

　　驅動能力強--最多可以支持8路非隔離恒流驅動輸出，可驅動8串(每串不少于14個)LED,總輸出功率不低于100W.

　　控制靈活--采用高性能DSC作為控制核心，可充分發揮MCU實時控制功能的優勢，每路LED的電流大小、亮滅方式等均可獨立控制。

　　擴展性好--配置溫度、亮度、色溫等檢測接口，支持串口、I2C,CAN等通訊接口，為系統集成做好了鋪墊。