開關式可調光LED驅動器具有顯著的性能并可以精準控制LED電流，也具有調光功能，這使終端用戶在降低功耗的同時制作很好的燈光效果。

8位微控制器可以提供必要的構件用來通信、定制和智能控制，核心獨立外設集成比單純的模擬或ASIC集成電路能提供更大的靈活性，并能改進擴大發光產品的產能并避免同質化。具有預測故障維修、能量監測、顏色和溫度維修、遠程通信控制的高級特性，這使得智能照明解決方案更具吸引力。

盡管LED驅動器比之前的照明方案提供很多優勢，在實際應用中還存在一些小問題，通過本系列的文章我們將了解8位MCU如何消除這些小問題，從而制作出比之前的傳統方案產能更大的高性能開關式LED驅動方案。

8位微控制器可以單獨用來控制最多4個LED通道，這是現成的大多數LED驅動控制器所不具備的，在圖1（點擊放大），LED調光引擎可以通過微控制器外設中制作出來，這些引擎有獨立的閉流路來控制開關式功率變換器，帶有最小化的CPU介入，這使得CPU可以專門運行其他重要任務比如監視功能、通信或其他的系統智能。

圖1：8位Microchip微控制器PIC16F1779控制的4個LED發光二極管串電路圖

在圖2（點擊放大），LED驅動器基于電流模式的升壓轉換器，由LED調光引擎控制，該引擎主要包括核心獨立外設（CIP）比如互補輸出發生器（COG）、數位訊號調變器（DSM）、比較器、可編程斜坡發生器（PRG）、運算放大器（OPA）、脈沖寬度調制器3（PWM3）。片上外設比如固定電壓穩壓器（FVR）、數字模擬轉換器（DAC）、捕捉/比較/PMW（CCP）， 這些核心獨立外設（CIP）與片上外設結合起來形成整個引擎。COG提供高頻轉換脈沖給MOSFET Q1用來對LED發光二極管串進行轉能和供電，CCP設定COG輸出的切換時間，占空比用來保持LED恒定電流并取決于比較器輸出，當電壓通過Rsense1超出PRG模塊的輸出時比較器產生輸出脈沖，PRG的輸入來自OPA在反饋電路的輸出，當占空比大于50%時PRG作為斜坡補償器而抵消固有的次諧波振蕩。

圖2：LED調光引擎

帶有Type II補償器的運算放大器（OPA）模塊作為帶有誤差信號放大器（EA），固定電壓穩壓器（FVR）作為數字模擬轉換器（DAC）的輸入提供參考電壓給基于LED恒定電流參數的運算放大器（OPA）的同相輸入。

為實現調光，脈沖寬度調制器3（PWM3）作為捕捉/比較/PMW（CCP）輸出的調節器驅動MOSFET Q2快速開關LED ，調節可以通過數位訊號調變器（DSM）模塊實現，調節的輸出信號供給互補輸出發生器（COG）。脈沖寬度調制器3（PWM3）提供帶有可變占空比的脈沖控制驅動器的平均電流從而控制LED的亮度。

LED調光引擎除了實現傳統的LED驅動控制器的功能，還可以解決LED驅動器產生的傳統問題，現在我們來看如何使用LED調光引擎解決這些傳統的問題。

閃爍變化可能是傳統的開關式調光LED驅動器會產生的問題，閃爍變化要按照人們的需求進行，為避免閃爍變化而實現平穩的調光效果，驅動器必須將調光步驟伴隨著連續流動的效果從100%的高光水平一直降到低光水平，由于LED會瞬間響應電流的變化而沒有阻尼效應，因此LED驅動器必須具有足夠的調光步驟從而在視覺上察覺不到變化，為達到這種需求，LED調光引擎采用脈沖寬度調制器3（PWM3）控制LED的調光，脈沖寬度調制器3（PWM3）有16位的分辨率，占空比從100%到0有65536個步驟，這保證了光水平的平穩過渡。

LED色溫變化

LED驅動器也可以調節LED的色溫，這種顏色變化可以被人們察覺并衰減LED的高光補償。圖3是傳統的脈沖寬度調制器（PWM）LED的調光波形，LED關閉時，LED的電流由于輸出電容的遲緩放電而逐漸減小，這可以引起LED色溫的變化和更高的功耗。

輸出電容的遲緩放電可以使用負荷開關消除，比如在圖2，電路使用Q2作為符合開關，LED調光引擎同時關閉互補輸出發生器（COG）脈沖寬度調制器（PWM）的輸出和Q2從而切斷減幅電流使LED快速關閉。

電流調峰

當使用開關式整流器驅動LED時，反饋電路是用來配置LED電流，然而在調光時如果操作不當則反饋電路能產生電流調峰（見圖3），再看圖2，當LED開啟時，電流被傳輸給LED，通過Rsense2的電壓供給了誤差信號放大器（EA）。當LED關閉時，沒有電流傳輸給LED，Rsense2的電壓變為0。在這個調光時的斷電時間，誤差信號放大器（EA）的輸出增加到最大值并使誤差信號放大器（EA）的補償網絡過度充電。當調節的PWM再次開啟，在高峰值電流傳輸給LED使其恢復之前還需要幾個周期，此電流調峰會縮短LED的使用壽命。

為避免這一問題，LED調光引擎允許PWM3作為運算放大器（OPA）的重寫源，當PWM3出于低光水平時，誤差信號放大器（EA）的輸出是三態的，并完全斷開了反饋回路的補償網絡并保留了穩定反饋的末點作為一次充電存儲在補償電容中，當PWM3處于高光水平并且LED再次開啟時，補償網絡再次連接并且誤差信號放大器（EA）的輸出電壓瞬間猛增到之前的穩定狀態（在PWM3處于低光水平之前）并幾乎立即存儲LED當前的設定值。

完整解決方案

之前提到過LED調光引擎運行有最小化的CPU介入，所以，當關閉其他的任務只控制核心獨立外設（CIP）的LED驅動器時，CPU還有很多的帶寬去執行其他的重要任務。欠壓鎖定（UVLO）、過壓鎖定（OVLO）、輸出電壓保護（OOVP）等保護特性可以在處理傳感的輸入和輸出電壓時執行，這可以確保LED驅動器運行在需要的規格內并且可以保護LED免于異常的輸入和輸出情況。CPU也能處理傳感器的熱量數據來實現LED的熱量管理，而且，當設置LED驅動器的調光水平時，CPU能處理來自簡單外部開關的觸發器或一個串行通信的指令。另外，LED驅動器的參數能通過監視或測試的串行通信被發送給外部設備。

除了以上提到的特性，設計者還可以使自己的LED應用更加智能，包括通信在內，類似DALI或DMX，并管理定制，圖4是使用LED調光引擎的一個完整的開關式LED調光驅動器方案的樣圖。

總結

LED調光引擎能可用于制作有效的開關式LED調光驅動器，其效果等同于驅動多個LED串的性能，用來提供有效的能量源，確保LED的最佳性能，保持了LED的長使用期限，并使系統更智能。