基于賽普拉斯的EZ-Color控制器的高亮LED照明混色方案設計

引言

本文介紹了一種基于賽普拉斯的EZ-Color控制器不需要指定LED型號規格，而且能快速簡(jiǎn)單完成一個(gè)性能優(yōu)良的高亮LED照明混色設計方案。

　　隨著(zhù)半導體照明行業(yè)日異更新的步伐，具有壽命長(cháng)，能耗低，應用靈活，環(huán)保無(wú)害等眾多優(yōu)點(diǎn)的高亮LED正在孕育一場(chǎng)新的產(chǎn)業(yè)革命—照明革命，使我們的生活與工作環(huán)境魅力四射，絢麗多彩。不過(guò)，由于LED本身屬于半導體器件的特性，使得LED照明設計時(shí)需面臨兩大挑戰——同種顏色的LED具有多種型號規格以及LED的性能隨溫度而降低的特性。這就要求照明工程師在進(jìn)行LED照明混色設計時(shí)，必須做LED型號規格和溫度補償的考慮。LED型號規格和溫度補償算法設計不但算法復雜，而且還要求照明工程師有比較專(zhuān)業(yè)的色彩學(xué)理論知識。這使得很多照明設計工程師在設計生產(chǎn)時(shí)采用指定型號規格的LED的方法來(lái)回避復雜的LED型號規格補償算法設計。但是這會(huì )給整個(gè)系統帶來(lái)成本的增加，因為L(cháng)ED供應商通常會(huì )多收10%的指定費。為了幫助廣大的照明設計工程師解決LED混色設計的挑戰.

　　EZ-Color控制器

　　EZ-Color控制器是Cypress生產(chǎn)的專(zhuān)門(mén)針對高亮LED照明混色應用的可編程片上系統芯片。它主要由8位微處理器，可編程模擬模塊和數字模塊，外加硬件乘法累加器，I2C，Flash, SRAM等周邊外圍模塊組成，如圖1所示。

圖1：EZ-Color控制器的功能框圖

因此，EZ-Color控制器除了能實(shí)現一般LED混色系統的計算控制功能之外，還可通過(guò)可編程模擬和數字模塊根據混色系統的具體要求靈活地實(shí)現所需的模擬與數字外圍功能。例如，可以通過(guò)內部集成了16個(gè)可編程數字模塊的EZ-Color控制器CY8CLED16實(shí)現多至16路LED控制通道的LED照明混色系統，也可以設計成32位分辨率的4路LED控制通道的照明混色系統。為了方便用戶(hù)簡(jiǎn)單而快速地實(shí)現高亮LED混色設計，Cypress基于EZ-Color控制器和無(wú)代碼設計軟件構建了三色LED混色模塊。這個(gè)混色模塊將PSoC內部寄存器的配置，可編程模塊的內部連線(xiàn)，包含LED型號規格和溫度補償算法軟件都已設計好了。當用戶(hù)需要設計照明混色系統，只需像windows操作一樣將三色LED混色驅動(dòng)選中后拖放到PSoC express的設計區里，所有的照明混色軟件都將自動(dòng)生成。

　　高亮LED照明混色方案的實(shí)現

　　基于PSoC express的混色方案實(shí)現機制

　　EZ-Color高亮LED照明混色設計是基于賽普拉斯的無(wú)代碼圖形化設計軟件—PSoC express實(shí)現的。當用戶(hù)要完成某個(gè)系統的設計時(shí)，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單地操作即可，第一步是輸入，輸出驅動(dòng)的選擇;第二步是定義輸出與輸入的行為關(guān)系或傳遞函數關(guān)系。EZ-Color混色方案也不例外，也是由輸入，輸出驅動(dòng)和傳遞函數關(guān)系構成，如圖2所示。

圖2：EZ-Color方案實(shí)現機制圖

從上面的實(shí)現機制圖可以看到，EZ-Color的LED混色方案是采用(x,y,Y)表示輸入，輸出是RGB三色LED，其中三色LED 的硬件驅動(dòng)采用了SSDM(隨機信號強度調制)用戶(hù)模塊。輸入的(x,y,Y)是按照CIE 1931色度圖的表征方法來(lái)表示EZ-Color的顏色輸入請求信息，即x,y代表色調和色飽和度，反映顏色的色度信息，而Y代表光通量，反映顏色的亮度信息。SSDM用戶(hù)模塊是賽普拉斯的PrISM(精確照信號強度調制)技術(shù)的硬件實(shí)現。PrISM技術(shù)是賽普拉斯專(zhuān)有的LED亮度調節技術(shù)，它可有效地解決電磁干擾和低頻閃爍問(wèn)題。

　　PrISM技術(shù)

　　傳統的LED亮度控制都是用脈沖寬度調制信號(PWM信號)來(lái)實(shí)現的，通過(guò)改變占寬比來(lái)實(shí)現亮度調節的。這種亮度調節方法簡(jiǎn)單，但是由于PWM信號是高低電平固定變化的信號，因此它的諧波成份非常豐富，電磁干擾大。同時(shí)當用低頻的PWM信號進(jìn)行亮度控制時(shí)，人眼會(huì )覺(jué)察到燈光在閃爍。

　　EZ-Color方案的亮度控制采用了Cypress的專(zhuān)有的PrISM技術(shù)。相比于PWM控制方法它可有效地解決電磁干擾與低頻閃爍問(wèn)題。如圖3所示，PrISM技術(shù)通過(guò)將隨機計數器與用戶(hù)所要求的信號強度寄存器的值進(jìn)行比較，如果隨機計數器里的值小于信號強度值時(shí)，就輸出高電平信號，大的時(shí)候就輸出低電平，從而產(chǎn)生高低電平寬度隨機變化的精確照明脈沖信號。

圖3：PrISM技術(shù)實(shí)現框圖