基于MC9RS08KA2的高亮度LED應用方案

圖4 是基于MC9RS08KA2 的簡(jiǎn)單buck 變換器系統示意圖。在很多情況下，應用電源電壓VIN 與MCU 的電源電壓（VDD）不同。有時(shí)需要使用特定的電壓調節器（可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的接地齊納二極管）將VIN 降低到MCU 操作范圍VDD。此外還需要電平轉換器，使MCU 能夠撥動(dòng)電壓高于MCU VDD 的高端開(kāi)關(guān)SW1。

圖4：基于MC9RS08KA2 的buck變換器系統

HB-LED 的正向電流是通過(guò)電阻器RSENSE 測量的。KA2 收集電壓測量VSENSE 值，并與簡(jiǎn)易電位計創(chuàng )建的固定參考電壓VREF 進(jìn)行比較。如果VSENSE 高于VREF，表示HB-LED 正向電流高于目標值。這時(shí)KA2 會(huì )逐漸降低驅動(dòng)SW1 的占空比，直到VSENSE 降低到參考值以下。相反，當VSENSE 低于VREF 時(shí)，占空比會(huì )逐漸增加，直到VSENSE 增加到VREF 以上。

亮度控制

HB-LED 驅動(dòng)電流由參考電壓VREF 定義。如圖4 所示，VREF 由一個(gè)簡(jiǎn)易電位計定義。VREF 的變化是通過(guò)改變電位計電壓進(jìn)行的。圖4 顯示了實(shí)現這一目標的簡(jiǎn)易方法。KA2 的一個(gè)通用輸入輸出端（如PTA5）將一個(gè)附加電阻器R3 連接到電位計上。當選擇PTA5 作為輸入端時(shí)，它便成為高阻抗，R3 漂浮不定，電位計輸出只由R1 和R2 定義。如果需要更低的參考電壓，PTA5 就變?yōu)榈臀惠敵?，通過(guò)R3的附加電流會(huì )降低參考電壓。隨著(zhù)VREF 的降低，HB-LED 正向電流會(huì )相應地調節而改變亮度水平。利用相同的方法可定義出更多的參考點(diǎn)來(lái)輸入更多亮度水平。

電源電壓的補償

如果應用只需一個(gè)亮度水平，就無(wú)需將電位計連接到 KA2 模擬比較器的端子上。KA2 比較器的正極端子已備有內部帶隙電源，VSENSE 可以利用此電源電壓參考進(jìn)行比較。KA2 上有一個(gè)專(zhuān)用控制位可用于啟動(dòng)此電壓參考。當該參考啟動(dòng)時(shí)，相應的MCU 針腳變成通用輸入輸出端。帶隙電源電壓水平固定在1.24V 而不受MCU 電源電壓VDD 的影響。

無(wú)論VIN 的變化是否反應到MCU VDD 上，通過(guò)對比VSENSE 和固定參考點(diǎn)1.24V，MCU 可以調節PWM 的占空比，從相應地補償VIN a 的變化，而令輸出電流保持一個(gè)恒定水平。

軟件控制回路

KA2 沒(méi)有專(zhuān)用的PWM模塊。在軟件設計的主循環(huán)中，可以監控來(lái)自RSENSE 的反饋電壓，并產(chǎn)生PWM控制的波形作為SW1 的開(kāi)關(guān)操作。PWM打開(kāi)狀態(tài)和關(guān)閉狀態(tài)的長(cháng)短由芯片定時(shí)器溢出的時(shí)間確定。

圖5 顯示了一般的軟件控制流程。重啟后，MCU 開(kāi)始初始化程序。PWM打開(kāi)時(shí)間初始化為它的最小值。主控制回路保存兩個(gè)變量：打開(kāi)時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間變量。這兩個(gè)變量按相反方向調節，以便將整體時(shí)間長(cháng)短保持在恒定水平。打開(kāi)時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間一同確定可調節的占空比，該值和軟件開(kāi)銷(xiāo)共同定義PWM周期的長(cháng)短。

圖5：MC9RS08KA2 的軟件控制流程

任何用以執行其它功能（如亮度調節）的人機界面都可以添加到軟件的主控制循環(huán)上。添加的軟件編碼被視為軟件開(kāi)銷(xiāo)，會(huì )影響整體PWM輸出周期的長(cháng)短。PWM輸出周期長(cháng)短應保持恒定，由要控制循環(huán)中執行的CPU 周期總數確定。所需的PWM頻率越高，主控制循環(huán)的編碼預算越低。例如，如果PWM頻率要求為50KHz，KA2 允許的最大總線(xiàn)頻率為10MHz，在這種情況下主控制循環(huán)必須保持
在200 個(gè)CPU 周期。該數字包括軟件開(kāi)銷(xiāo)及SW1 打開(kāi)時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間的總和（也就是可調節的占空比）。比如說(shuō)，如果打開(kāi)時(shí)間和關(guān)閉時(shí)間總和為128 個(gè)CPU 周期，則200 個(gè)周期中的72 個(gè)就成了軟件開(kāi)銷(xiāo)，該主循環(huán)的可控制占空比范圍則為72/200=36% 到100%。

結語(yǔ)

基于MCU 的解決方案可為應用提供全面靈活性。目前，即使最低端的8 位MCU都具有足夠的CPU 帶寬，不僅能執行DC-DC 操作，還可以在應用中增加更多功能而幾乎不需要增加成本。MCU 的設計目標是實(shí)現全面的解決方案。飛思卡爾提供的MCU 亦支援各種通信標準，如射頻（RF）連接領(lǐng)域的Zigbee 、有線(xiàn)連接領(lǐng)域的LIN、CAN 和DMX512 等，這為L(cháng)ED 照明提供了巨大的應用空間。