利用單芯片MCU提高照明系統(tǒng)能源效率

1、    利用單芯片MCU提高照明系統(tǒng)能源效率在住宅用電中，照明用電占有相當大的比重。以家庭 用電為例，空調、冰箱、熱水器等用電大戶一直是大家關注 的焦點，而天天都在使用的照明反倒被認為是“小兒科” 了。其實，每一張電費賬單中都要為照明用電支付16的 費用。如何在中國推廣節(jié)能的照明產品，提高照明系統(tǒng)的 能源效率，降低照明用電量，已經成為擺在中國工程界面 前的最大挑戰(zhàn)，這使工程師們必須考慮采用節(jié)能器件來設 計自己的產品。 1 數(shù)控電子鎮(zhèn)流器應運而生 在鱗   在住宅用電中，照明用電占有相當大的比重。以家庭 用電為例，空調、冰箱、熱水器等用

2、電大戶一直是大家關注 的焦點，而天天都在使用的照明反倒被認為是“小兒科” 了。其實，每一張電費賬單中都要為照明用電支付16的 費用。如何在中國推廣節(jié)能的照明產品，提高照明系統(tǒng)的 能源效率，降低照明用電量，已經成為擺在中國工程界面 前的最大挑戰(zhàn)，這使工程師們必須考慮采用節(jié)能器件來設 計自己的產品。1 數(shù)控電子鎮(zhèn)流器應運而生    在鱗次櫛比的建筑物中，照明系統(tǒng)最普遍的形式是使用各種熒光燈管，以及采用簡單的感應器和啟輝器的鎮(zhèn)流器。據(jù)估算，這種傳統(tǒng)的方式可消耗建筑物用電量的 40，既低效又浪費，而且成本昂貴。新的歐洲和國際立法要求從2005年開始增加效率和停用兩種最低效

3、率的鎮(zhèn)流器。這些法規(guī)將對鎮(zhèn)流器設計者施加新的壓力，迫使他們改善已有設計的能效，開發(fā)有效的、成本低廉的電子照明鎮(zhèn)流器。隨著電子技術的發(fā)展，利用微控制器(MCU) 設計電子鎮(zhèn)流器已經不是什么稀罕的事情了。MCU為高能效鎮(zhèn)流器的開發(fā)提供了理想的低成本解決方案。圖1 是電子照鎮(zhèn)流器的框圖。    那么，采用電子鎮(zhèn)流器可以得到哪些好處呢?歸納起來有以下幾點：電子鎮(zhèn)流器比傳統(tǒng)的磁性鎮(zhèn)流器增加了系統(tǒng)效率，延長了熒光管的壽命；電子系統(tǒng)為可變亮度調整增加了控制級別；數(shù)字控制可實現(xiàn)大型照明網絡的遠程控制；數(shù)字可尋址照明接口(DALI)協(xié)議使智能建筑物自動化和成本經濟的大型照明網絡控制

4、成為可能。2 提高能源效率的動力    使用傳統(tǒng)的鎮(zhèn)流器要消耗大量的電能，而且實現(xiàn)對單一燈管的亮度控制一直是熒光燈照明系統(tǒng)設計者面對的難題。飛思卡爾(Freescale Semiconductor)新型單芯片 MCU HC908LB8的問世解決了這個問題，也使照明系統(tǒng) 能源效率的提高又上了一個臺階。    飛思卡爾的M(268H C908LB8 8位快閃微控制器是一 種高精度的半橋控制器，是專門為所有需要功率因數(shù)校正(PFC)或高精度脈寬調制(PWM)發(fā)生器(HRP)設計的。其高集成度的特點使之能簡化整體系統(tǒng)設計，也使其成為需要PFC

5、及高精度PWM控制功能應用的優(yōu)選方案。它可應用于單片智能型熒光燈照明系統(tǒng)，也可用于車燈控制、高強度放電照明系統(tǒng)，以及電動機控制。    由于HC908LB8內集成了高精度PWMHRP模塊，可以連續(xù)控制燈管的亮度變化，從而可實現(xiàn)熒光燈照明系統(tǒng)的暗光控制。它還支持數(shù)字DALI協(xié)議，從而為大型照明系統(tǒng)提供了智能化功能。例如，設計者可對基于DALI的照明系統(tǒng)進行編程，使靠近窗戶的照明光線關閉或調暗，從而充分利用自然光線。圖2是MC268HC908LB8的框圖。    MC68HC908LB8采用標準的5 V電壓供電，內部總 線工作頻率為8 M

6、Hz，采用20引腳PDIP和SOIC封裝。 其可微調的內部RC振蕩器在16 MHz運行時，可用作 CPU總線時鐘(4 MHz)的基礎，節(jié)省了外部元件成本。 設計者也能利用諸如外部RC或晶體振蕩器等的時鐘運行器件。其定時器接口模塊具有執(zhí)行輸入捕獲的能力，輸出比較或脈寬調制具有低至125 ns的定時精度。    另外，MC68HC908LB8還包括一個帶有理想驅動半橋的互補輸出對的HRP模塊?？删幊痰目蛰d時間插入和短路預防功能可保證最高的效率。當HRP執(zhí)行定時頻率或工作周期抖動時，定時精度可減少到39 ns。如果 發(fā)現(xiàn)了問題，故障輸入安全特性可產生一個信號，進行迅速關

7、機。它可對大多數(shù)參數(shù)自動計算，因而容易使用。    MC68HC2908LB8有一個2通道PWM模塊，具有故障輸入檢測和中斷功能。當PWM與運算放大器比較器模塊一起使用時，該單元可實現(xiàn)低成本的PFC，為主要的功率應用提供一種理想的集成解決方案。    安全特性是MC68HC908LB8的另一個特色，包括完全計算機運行(COP)和低電壓抑制(LVI)，加上從一40 +125的溫度范圍，為惡劣的應用環(huán)境提供了一個強大的解決方案。    HC908LB8基于飛思卡爾HC08 CPU內核，內部總 線頻率為8MHz

8、，軟件精度為±2。其主要特點包括：    8KB閃存，128B RAM；    高精度PWM HRP；    功率因數(shù)校正；    7通道、8位ADC；    1個帶有中斷功能的16位定時器；    帶有抗噪的低電壓抑制技術和確保軟件安全的計 算操作；    時鐘模塊可選擇RC振蕩電路、內部晶振和外部 晶振；    最多可有18個I0接口(多路復用

9、的外圍接口)；    7個I0可用于鍵盤中斷；    大電流控制邏輯IO(sinksource)，典型值為10 mA；    多種電氣安全特性。    值得一提的是，在有效的主電源供電應用中，作為關鍵要求的PFC可將輸入電流轉化為一個與輸入電壓保持同相的正弦波，從而提高效率、降低信號失真、降低運行成本和噪音。HC908LB8帶有成本經濟的PFC功能，為主電源供電應用提供了理想的集成方案。3 節(jié)約成本，加速產品開發(fā)   在典型的鎮(zhèn)流器應用中，使用H

10、C908LB8可將分立數(shù)字系統(tǒng)元件的數(shù)量減少50。除了能節(jié)省空間，還可縮少PCB尺寸和降低生產成本，并有助于降低管理成本。    為了演示該器件的各種特點，飛思卡爾將通過提供價格適當?shù)拈_發(fā)硬件(評估板和演示板)、免費的參考設計、應用指南、在線教程、配套軟件、系統(tǒng)框圖和材料清單，幫助設計者加速產品開發(fā)進程。系統(tǒng)仿真模塊FSICE- KITLB8 Freescale Complete FSICE是一個高性能的仿真 工具，包括仿真器、電纜、連接適配器(head adapter)和編 程適配器。另外，設計者還能得到第三方的支持，如 Metrowerks公司提供的Code

11、Warrior IDE特別版。高度 集成的免費工具包括：編輯器、C編譯程序、調試程序、模擬器和Processor Expert代碼生成工具。    該參考設計為兩個并行連接的熒光燈提供了具有 PFC功能的完整數(shù)字減光型鎮(zhèn)流器設計，可以滿足能源保護及其相關立法對高效照明鎮(zhèn)流器設計的需求；同時，為能源保護和智能建筑物自動化所推動的控制照明網絡的DALI標準，尤其是熒光鎮(zhèn)流器的開發(fā)奠定了基礎。目前，全球主要照明制造商都承諾支持DALI接口，以實現(xiàn)低成本控制的大型照明網絡。該參考設計為用戶示范了如何在主從配置中利用飛思卡爾的68HC908KX8與簡單的協(xié)議進行通信。圖3是演示板的照片。    新的參考設計可以大幅度改善鎮(zhèn)流器的能效、減少系統(tǒng)復雜度，降低成