MCU可助力實現(xiàn)智慧化LED燈泡。LED照明系統(tǒng)商借重內(nèi)建BCCU功能的MCU，大幅縮短開發(fā)出智慧化高功率LED燈泡的時程，并協(xié)助終端使用者達(dá)成輕松且精準(zhǔn)調(diào)光的目的，同時不會出現(xiàn)閃爍的問題。

　　人類若想要永續(xù)生存，就必須更有效率地使用有限的能源資源。全球約有20%的電力消耗在照明，因此人們希望照明系統(tǒng)能更節(jié)能、更聰明且外型更美觀，而發(fā)光二極體(LED)因具備能源效率、可調(diào)光及能以高品質(zhì)的方式控制色彩，故愈來愈受歡迎。LED有兩個特別引人注意的應(yīng)用，亦即智慧型街道照明和建筑照明，這兩種高功率的戶外應(yīng)用通常都使用高電流和高亮度的LED。

　　達(dá)成燈泡控制調(diào)變LED開關(guān)切換速度成關(guān)鍵

　　戶外型LED燈泡的控制裝置內(nèi)包含電源供應(yīng)器和驅(qū)動器，其中，標(biāo)準(zhǔn)電源供應(yīng)器的重要元件包括橋接整流器、功率因數(shù)校正器(PFC)及半橋諧振(LLC)諧振轉(zhuǎn)換器的降壓轉(zhuǎn)換器(圖1)。

　　圖1四通道LED照明引擎范例

　　LED電流系透過線性或切換式LED驅(qū)動器，固定為仔細(xì)選定的值，選定的LED電流則取決于系統(tǒng)元件和所需的最高亮度，如350毫安培(mA)或700毫安培。一般街燈的LED都以相同的電流驅(qū)動；建筑照明經(jīng)常使用的多色燈泡，則可能使用完全不同的LED通道電流。調(diào)光時，通常是透過通訊，如數(shù)位可定址照明介面(DALI)或感測器輸入(如環(huán)境光源)觸發(fā)；燈泡的亮度和/或顏色則是透過調(diào)變驅(qū)動器的輸入(EnableInput)加以控制。

　　調(diào)變指的是能夠快速開關(guān)LED，若切換速度夠快，人眼便無法辨識，看到的亮度將取決于LED開啟的平均時間。最常見的調(diào)變方式為脈沖寬度調(diào)變(PWM)和脈沖密度調(diào)變(PDM)(圖2)，其中，PDM能在對等的系統(tǒng)時脈下達(dá)到更高的解析度，電磁干擾(EMI)特性更佳，且因為本身切換速率高，因此不容易發(fā)生閃爍。

　　圖2大約25%亮度下的PWM和PDM調(diào)變

　　產(chǎn)業(yè)界所開發(fā)適用于LED照明的微控制器(MCU)包含亮度及色彩控制單元(BCCU)，能在最多九個通道上產(chǎn)生PDM訊號。高功率調(diào)光燈泡的特殊挑戰(zhàn)在于，LED驅(qū)動器需要最短的停留時間，LED驅(qū)動器EnableInput的調(diào)變訊號必須在最短的時間間隔內(nèi)保持恒定。從經(jīng)驗法則得知，功率越高，需要的最短停留時間就越長，才能保持穩(wěn)定且準(zhǔn)確的LED電流。但在高解析度和高位元速率下，尤其是在低亮度的情況下，調(diào)變訊號卻可能違反此要求。

　　目前產(chǎn)業(yè)界開發(fā)適用于LED照明的MCU可適時稍微重新排列調(diào)變訊號內(nèi)的脈沖，自動解決此問題。脈沖會在分組電路內(nèi)重新分組(圖3)，產(chǎn)生新的脈沖，擁有所需的最短寬度并兼顧解析度，同時又能保持不閃爍。

　　圖3未分組PDM與已分組PDM范例比較

　　另一項需求則是將電源供應(yīng)器的負(fù)載變動降到最低(使負(fù)載變流暢)，尤其LLC諧振轉(zhuǎn)換器對于高負(fù)載變動極為敏感。BCCU內(nèi)的分組電路能夠在不同的相對通道調(diào)變訊號間加入相移，確保訊號在不同的時間點變更狀態(tài)。

　　控制LED照明和色彩BCCU擔(dān)當(dāng)重任

　　調(diào)變要如期運(yùn)作，必須將亮度值轉(zhuǎn)換為開關(guān)訊號，控制LED達(dá)到所需要的亮度，且切換能不為肉眼所察覺。達(dá)到此一要求后，第二項重要任務(wù)則是控制亮度值長時間的動態(tài)行為，使其自然呈現(xiàn)，并使人眼能夠接受。

　　假設(shè)LED分為多重通道，動態(tài)變動也能分成兩個獨(dú)立的切換，其一為整體的亮度變動，也就是調(diào)光；另外則是色彩的變動，亦即相對強(qiáng)度的變動。調(diào)光時所有通道都會改變亮度，但其相對亮度則保持不變，維持燈泡的色彩。區(qū)分的方式便是在BCCU內(nèi)產(chǎn)生亮度值，做為兩項元件的產(chǎn)物，這兩項元件也就是調(diào)光量和通道特定的強(qiáng)度。

　　人眼無法辨識線性的亮度調(diào)整，實際亮度和可察覺亮度間存在著近似對數(shù)的關(guān)系。若隨時間線性調(diào)整亮度，肉眼將無法察覺恒定的變動率，因此為提供流暢、漸量且恒定的變動，調(diào)光必須以指數(shù)表現(xiàn)。BCCU能以指數(shù)曲線自動變更調(diào)光量，使用者只須要設(shè)定新的目標(biāo)量和變色率(圖4)。為能輕松混合色彩，BCCU也能使用自動化的線性調(diào)整器，在可調(diào)整的變色時間內(nèi)，以線性方式變更相對的通道強(qiáng)度。

　　圖4驅(qū)動RGB戶外投影燈的BCCU

　　內(nèi)建BCCU功能MCU加快智慧化照明系統(tǒng)開發(fā)

　　產(chǎn)業(yè)界開發(fā)適用于LED照明的MCU擁有BCCU的多通道架構(gòu)，能夠為三個獨(dú)立的LED燈泡和最多九個通道產(chǎn)生所需要的PDM訊號，以指數(shù)方式變更調(diào)光量，并以線性方式變更強(qiáng)度，不需要復(fù)雜的執(zhí)行時間軟體。模組還加入了一些額外的功能，如高頻振動的調(diào)光量轉(zhuǎn)換、閃爍監(jiān)控和緊急關(guān)閉的硬體設(shè)限。完成初步組態(tài)后，使用者只須要變更目標(biāo)的亮度、目標(biāo)的色彩和變色率。BCCU和類比數(shù)位轉(zhuǎn)換器(ADC)模組能夠搭配運(yùn)作，實現(xiàn)快速、由時間觸發(fā)的訊號測量，同時將中央處理器(CPU)負(fù)載降到最低(圖5)。

　　圖5時間觸發(fā)測量的街燈范例

　　這些自動化功能可幫助工程師快速開發(fā)出精細(xì)的照明解決方案，大幅降低軟體錯誤的風(fēng)險。工程師還能利用軟體開發(fā)工具鏈?zhǔn)∠赂鄷r間，只要按幾下滑鼠，就能選取并設(shè)定專屬的燈泡應(yīng)用程式，然后交由自動代碼產(chǎn)生器編寫軟體。

　　透過適合用于高功率LED燈泡智慧控制的MCU，照明應(yīng)用的開發(fā)將變得快速、有效率且低風(fēng)險，因為產(chǎn)品內(nèi)有專屬的模組，可相容于所有的LED驅(qū)動器，還能自動控制燈泡的色彩和亮度，使其自然不閃爍。