此外，整合的核心獨立周邊，與純類比或ASIC方案相比可顯著提升靈活性，擴展照明產品功能的同時塑造產品差異化，進而實現創新。這類智慧照明解決方案具備故障預測和維護、能量監測，色溫維持以及遠端通訊和控制等功能，功能之豐富不勝枚舉，因而備受市場青睞。
雖然LED驅動器與先前的照明解決方案相比具備諸多優勢，但其實現過程中也會面臨許多挑戰。而本文章主要目的在於，讓設計人員瞭解如何使用8位元MCU來輕鬆應對這些設計上的挑戰，進而打造出高性能的開關模式LED驅動解決方案。
8位元微控制器可獨立控制最多四串LED迴路，這是大多數現成LED驅動器控制器所欠缺的一項獨特能力。圖1中LED調光引擎可由微控制器中提供的周邊構成。這些LED引擎均具有獨立的封閉迴路，極少需要或是甚至不需要中央處理單元(CPU)干預即可控制開關模式電源轉換器。這樣可以釋放CPU以執行其他重要任務，比如系統中的監控功能、通訊功能或新增的智慧功能。
驅動控制由LED調光引擎主導
圖2中，基於電流模式升壓轉換器的LED驅動器由LED調光引擎控制。該引擎主要由互補輸出發生器(COG)、數位訊號調變器(DSM)、比較器、可程式設計斜坡產生器(PRG)、運算放大器(OPA)和脈寬調變器3(PWM3)等核心獨立周邊(CIP)組成。這些CIP與參考電壓源(FVR)、數位至類比轉換器(DAC)和捕捉/比較/PWM(CCP)等其他內建周邊一起組成完整的引擎。COG將高頻開關脈衝提供給MOSFET Q1，並將能量和供電電流傳輸給LED串。
COG輸出的開關週期透過CCP和工作週期設置，用於維持LED恒定電流，具體取決於比較器輸出。每當Rsense1兩端的電壓超過PRG模組的輸出時，比較器會產生一個輸出脈衝。PRG的輸入源自回饋電路中的OPA輸出，它被配置為斜率補償器，以在工作週期大於50%時抵消固有次諧波振盪的影響。OPA模組實現為具有II型補償器配置的誤差放大器(EA)。FVR用作DAC輸入，根據LED恒定電流規範為OPA同相輸入提供參考電壓。
為了實現調光目的，PWM3用作CCP輸出的調變器，同時驅動MOSFET Q2以使LED快速迴圈亮起和熄滅。調變操作可透過DSM模組來完成，調變後的輸出訊號饋送到COG。PWM3可提供工作週期可變的脈衝，用於控制驅動器的平均電流，實際上控制的是LED的亮度。LED調光引擎不僅可以實現典型LED驅動器控制器的功能，而且還具備解決LED驅動器典型問題的能力。現在，我們將探討這些問題並分析如何使用LED調光引擎來加以避免。
頻閃為驅動器主要挑戰之一
頻閃是典型開關模式可調光LED驅動器可能面臨的挑戰之一。雖然精心策劃的頻閃會帶來有趣的效果，但如果LED發生意外頻閃，則會破壞用戶期望的燈光設計。為避免頻閃並且提供平滑調光體驗，應該確保驅動器從最高檔位(即100%燈光輸出)一直到最低檔位的調光效果都是連續流暢的。
由於LED會瞬間回應電流變化並且不具有阻尼(Dampening)效果，因此驅動器必須具有足夠多的調光檔位才能確保人眼察覺不到變化。為了滿足這一要求，LED調光引擎採用PWM3來控制LED的調光。PWM3具有16位元解析度的PWM，從100%到0%工作週期共有65,536個檔位，可保證亮度平滑切換。
負載開關提升LED色溫轉換率
LED驅動器還可以轉換LED的色溫。 此顏色變化是人眼能夠察覺得到的，削弱了客戶對享受優質LED照明體驗的主張。圖3給出了典型的PWM LED調光波形。當LED熄滅時，由於輸出電容緩慢放電，LED電流會逐漸減小。此事件會導致LED發生色溫漂移且功耗增大。可以使用負載開關來防止輸出電容緩慢放電。例如，在圖2中，電路使用Q2作為負載開關，LED調光引擎會同步關閉COG PWM輸出和Q2，以便切斷電流衰減路徑，讓LED快速熄滅。
避免峰值電流影響LED壽命
當使用開關模式功率轉換器驅動LED時，將採用回饋電路來調節LED電流。但是，如果在調光期間操作不當，回饋電路會產生峰值電流(圖3)。回顧圖2，當LED點亮時，電流傳輸到LED，RSENSE2兩端的電壓饋送到EA；當LED熄滅時，沒有電流傳輸到LED，RSENSE2電壓變為零。在此調暗期間，EA輸出會增加到最大值，並使EA補償網路過充。當調變的PWM再次導通時，如果有高峰值電流驅動到LED，則需要若干個週期才能恢復。此峰值電流會削減LED的使用壽命。
為避免這一問題，LED調光引擎允許將PWM3當作OPA的覆蓋來源(Override Source)。當PWM3為低電平時，EA輸出呈三態，將補償網路與反饋回路完全斷開，並將保持最後一個穩定回饋點作為補償電容中儲存的電荷。當PWM3為高電平且LED再次點亮時，補償網路重新連接，EA輸出電壓立即跳到其先前的穩定狀態(PWM3為低電平之前)，且幾乎立即恢復LED電流設定值。
LED調光引擎實現更多功能
如前文所述，LED調光引擎極少需要或甚至不需要CPU干預即可正常工作。因此，在將所有對於LED驅動器的控制工作分配給各個CIP時，CPU將具有充足的頻寬來執行其他重要任務。此外，藉由對檢測到的輸入和輸出電壓進行處理，可以執行欠壓鎖定(UVLO)、過壓鎖定(OVLO)和輸出過壓保護(OOVP)等保護功能；這樣可確保LED驅動器按照規範要求工作，並且LED不受異常輸入和輸出條件的影響。
CPU還可以處理來自感測器的溫度資料，以實現對LED的熱管理。而且，當設置LED驅動器的調光級別時，CPU可以處理來自簡單外部開關或串列通訊命令的觸發訊號。此外，LED驅動器的參數可以通過串列通訊的方式發送到外部設備以進行監控或測試。除了上述功能之外，設計師還可以在自己的LED應用中添加更多智慧功能，包括通訊(例如，DALI或DMX)和客製化控制功能等。總而言之，LED調光引擎可用於打造高效型開關模式可調光LED驅動器。高效性體現在其能夠驅動多個LED串、提供高效能源、確保LED達到最佳性能、維持較長的LED使用壽命以及在系統中增添遠端遙控及智慧控制功能等。
