基于MCU和基于ASIC的LED可控硅调光方案对比与解析

基于MCU和基于ASIC的LED可控硅调光方案对比与解析

最后，调光器的兼容性问题。由于LED是用来替代以前的白炽灯，所以LED调光也必须用可控硅调光。白炽灯是纯阻性负载，对可控硅的导通不会造成什么影响，但LED的驱动电路由开关电源组成，就不是一个纯负载了，因此会对可控硅造成一定的影响。可控硅的斩波波形很容易产生畸变，尤其很难保持很好的导通状态。所以在驱动上一般都要加可控硅稳定电路。恒功率控制法由于其纯硬件实现，就算加了可控硅稳定电路，对调光器的适应性也有限。
    由于恒功率控制有其结构简单，成本低的优点，而其缺点部分短时间里可能没能体现出来，所以很多半导体厂商都采用此方法。但若采用MCU控制恒流的方案，以上问题都可以很好的解决。
3 基于MCU控制恒流的方案
   世强电讯提出的基于MCU控制恒流的方案整体框图如图3.1所示。方案由两级组成，第一级为FLYBACK，采用闭环控制以输出一个稳定的电压给第二级供电，第二级采用MCU控制，组成一个BUCK恒流控制电路。其中MCU要完成的功能包括；1：根据可控硅导通角的大小，给出相应的调光信号。2：根据可控硅斩波后波形的畸变情况决定是否需要改变调光信号。3：通过检测LED的电流反馈，给出相应的占空比，稳定流经LED的电流，达到恒流控制。
图3.1 基于MCU控制恒流的方案整体框图

3.1 理论依据
恒流控制电路拓扑结构为BUCK电路，BUCK用于恒压输出时候，输入电压与输出电压的关系为：

式中：
 为输出电压；
D为占空比；
 为输入电压。
  从式3.1中可以看出，输出电压与占空比和输入电压都成正比。在闭环控制中，取输出电压反馈信号 与预设基准电压 比较，当输入电压一定时，如果 大于 ，则减小占空比D，相反当 小于 时，增大D，以达到稳压的效果。
所以，当BUCK电路用于恒流控制时，只要把电压反馈信号改成电流反馈信 号就可以达到恒流的效果。
3.2 优缺点
   由于MCU控制恒流方案由于采用恒流控制，针对恒功率控制方案中出现的问题都能很好的解决；
    首先，针对由于 的偏差对LED的使用寿命和显色性的影响问题。采用恒流控制方案，当 有偏差或者随着温度和工作时间的变化而变化时，只要D不变，输出给LED的电流并不会发生太大的变化。虽然LED的正向电流 也会随着温度和工作时间的变化而变化，但每个LED的 偏差都都不会太大，对于用多个LED串连起来组成的大功率LED灯，并不会对LED的使用寿命和显色性造成任何的影响。
     其次，由于采用闭环控制，可以达到很高的输出电流的精度。能保证灯的一致性。
     再次，功率兼容性问题。MCU恒流控制方案能兼容额定功率以下的LED灯。对于串联的LED灯，改变输出功率的大小，只是改变了LED灯的数目n和输出给LED灯的电压 ，并不会改变输出电流的大小。当输出功率比额定功率小时，加在LED灯上的箝位电压 变小，而输出给LED的电压 此时依然为额定值，所以流经LED的电流会变大，使得电流反馈信号 大于基准电压 ，那么占空比会变小，输出电压 变小，流经LED的电流也变小，直到额定电流值。所以可以兼容额定功率以下的LED灯。
      而针对空载损耗问题，可以用MCU检测是否有负载接入，当检测到没有LED接入时，可以关闭后级的BUCK电路，减小空载损耗。
     最后，可控硅的兼容性问题。恒功率控制方案中，采用纯硬件模式来稳定可控硅的导通，对调光器的适应性还是有限。在MCU控制恒流方案中，除了有硬件稳定电路，还有软件对可控硅斩波后的波形进行辨别处理。可以通过软件设置，判断斩波后的波形是畸变还是真的在调光，从而决定要不要改变相应的调光信号。所以MCU控制恒流方案提高了对调光器的适应性。
当然，由于MCU恒流控制采用两级闭环控制方案，相对于ASIC的恒功率单级控制方案，也存在一些不足之处，首先就是在结构上要比恒功率控制方案复杂，成本上略高1~2RMB，另外就是效率比恒功率方案要低，但完全能满足“能源之星”的要求。
4总结
表1两种方案的优劣对比
 

    通过上述的分析比较，不难看出，在一致性、功率兼容性、调光器的兼容性和对LED的使用寿命和显色性的影响等关键指标方面，MCU控制恒流方案都要比ASIC控制恒功率方案有绝对的优势。