本文主要介紹了基于瑞薩(Renesas)電子為照明應用貼身打造的的高性能78K0/Ix2系列MCU開(kāi)發(fā)的智能照明平臺解決方案，該方案在硬件、軟件方面滿(mǎn)足中高端照明產(chǎn)品智能化調光控制和組網(wǎng)的需求，具有高性能、低成本的優(yōu)勢。

一、照明技術(shù)現狀

隨著(zhù)照明工業(yè)的迅速發(fā)展，出現了越來(lái)越多的照明控制方案，電源的設計、燈的驅動(dòng)電路、安全保護、管理接口等各方面都變得愈加靈活。目前，照明技術(shù)主要包括主流的熒光燈、LED燈和HID技術(shù)等，其廣泛應用使電源驅動(dòng)的拓撲結構差異非常大，從常見(jiàn)的Flyback、Buck、Boost以及延伸出來(lái)的其他結構都在被大量使用，產(chǎn)品設計是否采用先進(jìn)的數字節能控制設計，是否支持flyback、Buck、Boost等靈活的拓撲結構應用，研發(fā)周期和投放市場(chǎng)時(shí)間的長(cháng)短將決定產(chǎn)品的成敗，然而傳統的照明方案往往是采用專(zhuān)用器件來(lái)實(shí)現的，難以滿(mǎn)足快速發(fā)展的需求。

因此，一個(gè)優(yōu)秀的照明平臺解決方案無(wú)疑需要支持靈活的拓撲結構應用，并滿(mǎn)足DALI、DMX512、0-10V、無(wú)線(xiàn)、紅外等當今主流照明控制方案的調光、組網(wǎng)需求，針對這種狀況，世強電訊開(kāi)發(fā)了以瑞薩(Renesas)電子78K0/Ix2系列MCU為核心的智能照明平臺解決方案，外加豐富的參考設計，在硬件電路和軟件開(kāi)發(fā)為照明廠(chǎng)商多樣化的照明設計方案提供有效的指導，幫助廠(chǎng)商更高效地開(kāi)發(fā)擁有自己知識產(chǎn)權的照明系統。

二、78K0/Ix2系列MCU介紹

78K0/Ix2系列MCU是瑞薩(Renesas)電子面向照明應用領(lǐng)域精心設計的高性能8位MCU，如圖1，該系列MCU定位于用于滿(mǎn)足目前照明市場(chǎng)高分辨率調光控制、異常檢出保護、智能化節能控制等熱門(mén)需求，依靠單MCU實(shí)現低成本、高性能的綠色節能照明系統。

圖1-78K0/Ix2系列MCU設計理念

78K0/Ix2系列MCU內置豐富的硬件資源，為靈活的照明電源驅動(dòng)設計和調光控制提供了優(yōu)秀的硬件支持。具體表現在：

1.16 bit PWM計時(shí)器最大計數時(shí)鐘頻率40MHz，輸出和比較器連動(dòng)，進(jìn)行PFC 控 制，帶2路死區時(shí)間控制的PWM輸出，適合驅動(dòng)半橋/全橋電路，實(shí)現變頻控制；

2．內置運放、多路高速10bit A/D和比較器等模擬電路，簡(jiǎn)化了外圍電路；

3. 定時(shí)器能觸發(fā)A/D采樣，捕捉合適的信號有用點(diǎn)；

4．比較器/外部中斷能實(shí)現硬件的禁止輸出功能，反應快速，保證安全；

5. 定時(shí)器遙控接口和UART功能，面向紅外和無(wú)線(xiàn)遙控的應用，有DALI總線(xiàn)接 口的通訊模塊，適用于智能照明控制；

6. 多個(gè)保護模塊：窗口型看門(mén)狗、時(shí)鐘監控、低壓報警等，工作可靠。

三、世強智能照明平臺方案

世強電訊開(kāi)發(fā)的智能照明平臺解決方案主要基于78K0/Ix2系列MCU上述豐富的硬件功能資源為核心，定位于照明產(chǎn)品高性能、低成本的設計目標，在LED照明、熒光燈、HID照明等領(lǐng)域為客戶(hù)提供多種靈活的參考設計。

圖2是LED驅動(dòng)控制應用的參考方案，在該方案中，只需利用比較器、PWM輸出連動(dòng)功能，就能夠獨立進(jìn)行3路恒流控制；通過(guò)改變內部參考電壓或PWM輸出設置即可實(shí)現調光；并且MCU支持各種傳感器和DALI、DMX512、模擬量輸入等多種通信接口，可根據外部環(huán)境選擇合適的通訊控制方案，實(shí)現最佳控制。

圖2-78K0/Ix2 LED驅動(dòng)控制

下面就Flyback電路舉例說(shuō)明通過(guò)比較器進(jìn)行恒流控制的過(guò)程。

圖3-Flyback電路恒流控制

對于開(kāi)關(guān)電源，PWM占空比決定輸出電壓，如圖3，電路開(kāi)始工作后，LED電流經(jīng)采樣后加到MCU內置比較器端口，和參考值進(jìn)行比較，產(chǎn)生中斷信號，來(lái)調整PWM的占空比，其變化過(guò)程見(jiàn)圖4，如當電流大于參考值時(shí)，降低占空比；反之，提高占空比，最終達到一個(gè)負載電流動(dòng)態(tài)穩定的狀態(tài)。

對于調光，78K0/Ix2系列MCU有多種方式來(lái)實(shí)現，通過(guò)改變比較器參考電壓或者利用定時(shí)器TMH1和PWM輸出連動(dòng)功能，另外，世強電訊的方案也可以利用該款MCU強大的數據處理運算能力，通過(guò)ADC功能和嵌入的算法控制來(lái)實(shí)現恒流控制，同時(shí)為MCU功能擴展提供了充足資源。

圖4-恒流控制原理

圖5是世強電訊嵌入DALI協(xié)議的智能照明平臺方案，該方案利用MCU內置DALI總線(xiàn)接口的通訊模塊，利用單個(gè)MCU完成燈具調光、組網(wǎng)，實(shí)現高性能的DALI綠色節能照明系統，目前已經(jīng)作為國內某大型照明廠(chǎng)商的參考設計。DALI從機系統主要分為通訊模塊和LED驅動(dòng)控制模塊兩部分，外圍電路設計簡(jiǎn)單。

圖5-DALI從機系統結構

采用BOOST電源拓撲結構，輸入電壓經(jīng)過(guò)升壓后直接驅動(dòng)LED燈；負載電流采樣，通過(guò)嵌入算法實(shí)現恒流控制； MCU內置DALI通訊接口，通過(guò)總線(xiàn)和DALI 主機連接，實(shí)現和主機的相互通訊，完成上位機發(fā)出的操作控制指令；燈具溫度、光照度傳感器信號加到MCU端口，實(shí)現異常檢測保護。

四、總結

以上，世強電訊基于78K0/Ix2系列MCU的智能照明平臺解決方案具有以下特點(diǎn)：

1、高性能：MCU內置ADC、比較器、數字運算放大器等豐富的硬件資源可以支持BUCK、BOOST、FLYBACK等多種靈活的電源驅動(dòng)設計方案，嵌入DALI、DMX512等照明控制協(xié)議，即可實(shí)現照明燈具調光、組網(wǎng)的目的。同時(shí)，該方案還具有過(guò)壓、過(guò)流、過(guò)溫等異常檢出保護功能，產(chǎn)品安全性、可靠性更高；

2、低成本：由圖3、圖5可以看出世強電訊智能照明平臺方案電路設計簡(jiǎn)便快捷，單MCU附加簡(jiǎn)單的外圍電路即可實(shí)現智能化控制，目前眾多的ASIC設計方案，除了需要一顆MCU實(shí)現智能調光和通訊外，還需專(zhuān)用LED驅動(dòng)芯片，在較大功率應用中，往往還需要外置的MOSFET，所以在成本方面與目前眾多的ASIC方案對比如下：

對比可見(jiàn)，世強智能照明平臺方案具有很高的性?xún)r(jià)比，采用該方案將使產(chǎn)品更具市場(chǎng)競爭力；

3、78K0/Ix2 MCU自身的豐富資源有利于照明產(chǎn)品功能的拓展和多樣化，滿(mǎn)足不同廠(chǎng)商多領(lǐng)域的應用需求，實(shí)現高效靈活的功率級應用。