英飞凌基于 SMC 的 XMC 微控制器让您能够创造高品质的 LED 照明：调光幅度低至 0.1%、指数调光、平滑的颜色混合和不可感知的闪烁。
大家好，我叫 Mike Copeland，是英飞凌科技公司的一名工业微控制器应用经理。我们来谈谈高品质的 LED 照明，以及如何利用英飞凌基于 XMC 的微控制器来实现它。
当我们谈论高品质的照明时，我们真正想要说的是，光的调节幅度必须低至最大亮度的 0.1%。必须具有平滑的指数调光和平滑的颜色混合。同时，不得出现可感知的闪烁。闪烁不得被您的眼睛、大脑或相机感知到。
首先，我们必须控制流经 LED 的电流，通过使用外部的 LED 电流控制器，有很多方法来实现这个过程。有一些线性控制器，例如我们的 BCR320U 和 BCR403。这些控制器与线性电压调节器的运行方式很像，您可以通过改变这些成套的电流检测电阻器的值或设定值来控制流经 LED 的电流量。还有开关模式的 LED 电流控制器，例如我们的 ILD6150，但这些控制器的原理有一点儿不同。它很像开关模式的电压稳压器。电流上下波动，由外部的电感器控制，您可以通过一个模拟输入或一个检测电阻器来控制设定值。
正弦曲线上的云状小圆圈意味着这种实际的电路图可在我们的网站上仿真，因此，您可以前往 Infineon.com 查找这个电路图并查看完整的电路模拟仿真。现在我们还可以通过 XMC 微控制器进行开关模式的电流控制。
这里有一个示例，使用的是 XMC 1302、内置的模拟比较器和定时器。定时器和比较器协同工作来进行具有固定通断时间的峰值电流控制。我们可以调整通断时间来匹配电路特性、输入电压、电感器规格和 LED 的正向电压降。这里有一些细节信息，关于这种控制如何运行。
您可以看到，当 LED 中的电流达到峰值时，比较器跳闸，定时器重置，场效应管（MOSFET）在一段固定的时间内关闭。这段时间过后，场效应管重新开启，这个过程重复进行。频率确实是以模拟的方式控制的，这个过程很平滑，易于操作，并且它完全不需要 CPU 负载。
现在，如要进行 LED 调光，我们可以使用模拟调光或调制调光。模拟调光意味着只是控制我们电流控制的设定值，因此，我们只通过驱动器晶片上的模拟输入来上下调节设定值，从而改变 LED 的亮度。我们也可以进行调制调光。调制调光意味着我们非常快速地打开和关闭 LED。此时，我们感知到的光量等同于电流经过 LED 的平均时间。
如果我们要创造高品质的照明，模拟调光和调制调光哪一个更好呢？
模拟调光在尝试把调光幅度降至 0.1% 时遇到了一些问题。这些问题是由模拟元器件的容差导致的，并且使用开关模式，纹波通常也会成为一个问题。然而，如果使用调制调光，只要这些蓝色圆圈的边缘足够陡峭以便我们可以获得清晰的 LED 开关控制，我们就能轻松地实现 0.1% 的调光幅度。
调制调光的另一个好处是，当 LED 接通电源时，它的电流是固定的，所以它的颜色不会变化。而采用模拟调光的话，当您调光的时候，电流减小，LED 的颜色将会有一些变化。
现在有两种类型的调制调光，分别是脉冲宽度调制和脉冲密度调制。脉冲宽度调制采用固定频率和一个可变的工作周期来控制电流 MLD。脉冲密度调制有一点点儿不同。例如，LED 有一个固定的定时器，您在给定的时间范围内调节定时器的数值。
那么，哪种方式可以更好地控制电流和高品质 LED？
由于采用固定频率，脉冲宽度调制可能产生选通和混叠问题。相反，由于频率一直在变，脉冲密度调制更适合生成极高品质的 LED 光和进行相机能够实现的调光。现在，调光不仅仅是打开和关闭 LED。当我们进行 LED 调光达到一定的时间之后，我们需要根据指数曲线来调光，因为这是我们的眼睛感知 LED 亮度的方式。
当您进入这条曲线的蓝色区域时，进行指数调光有点儿棘手。在这个位置，LED 强度的微小变化都能被人眼感知到。因此我们必须使得这些变化非常非常小，并且如果我们能够实现颜色抖动，那就更好了。所以我们要沿着这条曲线进行调光。我们能够非常快速地在从一个亮度来回跳到另一个亮度以使这种变化变得十分平滑，从而让您的眼睛无法发现它。
高品质照明除了需要调光，我们还需要能够进行颜色混合。如果您能控制电流和调节一个 LED 的光，您就可以进行颜色混合，只需添加更多不同颜色的 LED 并分别控制它们的亮度就能生成您想要看到的颜色。尽管这比调光更复杂一些。我们需要添加一些额外的功能。为了实现高品质照明，我们需要添加的一个功能就是平滑的颜色变化，我们称之为 Linear Walk，使用这个功能，我们能够使一组 LED 从一个亮度变到另一个亮度，在底部的这个示例中，您可以看到这个曲线图，其中绿色的 LED 可能只需要变化一丁点儿。 红色 LED 的亮度需要变化很多，蓝色 LED 的变化幅度可能位于绿色和红色之间，但我们想要它们全部以不同的幅度变化以便它们在同一瞬间达到理想的颜色。 这是平滑的颜色变化，是令人愉快的变化。这样做将会占用很多的 CPU 负载，原因就是，您必须在微控制器中实时计算所有一切的不同变化。如果我们拥有一个在硬件中实现这个过程的方法，那就太好了。
为了实现高品质照明，我们需要做的另一件事就是能够在不改变颜色的前提下调光。很多时间，您有一个您喜欢的、来自我们 LED 的特定颜色，您想要能够调光，但不改变它的颜色。这意味着您必须更改产生该颜色的所有通道，所有颜色。例如，这是红色、蓝色、绿色和琥珀色。我们想要沿着相同的指数曲线来调节所有这四种颜色，但它们拥有不同的亮度或强度，因此我们必须同时调节它们，方法就是产生我们所说的亮度水平，亮度水平是来自这条调光曲线的调光水平和强度的产物，而定义颜色的就是这组强度。如果我们把调光次数和强度相乘，我们得到了亮度，并且我们可以在不改变颜色的情况下沿着这条指数曲线调节亮度。
英飞凌的 XMC 1000 微控制器系列基于 ARM Cortex M0，真正地专为三种类型的应用而设计。 LED 照明马达控制和开关模式电源供应。这是基于我们行业标准核心的一个非常棒的产品系列，我们引入了一些特殊功能来执行所有我们已经谈论过的用来创造高品质照明的方法。如我们已经看到的，通过使用片上模拟比较器和定时器，XMC 1000 能够进行 LED 的峰值电流控制。
它拥有的另一项在市场上独一无二的特点就是亮度和颜色控制单元，这个控制单元可以应付我们已经讨论过的所有其他功能。亮度和颜色控制单元执行脉冲密度调制，执行线性行走，执行指数调光，沿着指数调光执行颜色抖动，并且所有这一切涉及的 LED 通道多达九个。这里有一个通过 BCCU、定时器单元和模拟比较器控制一个红色、蓝色和绿色 LED 灯的示例。您能够看到，所有的模块被用来协同工作以执行我们一直在讨论的所有功能。
那么留给 CPU 做的是什么呢？BCCU、模拟比较器和定时器负责所有的 LED 功能，无需任何 CPU 负载。所以我们还可以在系统中做其他事情。我们可以进行通信，例如，在照明中流行的 DALI 和 DMX。我们可以进行其他特定应用的任务。您的产品可能有一些独一无二的功能，是您想做、而别人无法做到的功能，现在您就有大量的 CPU 处理能力来实施特定应用的计划。我们还可以构建照明系统的交流到直流和/或直流到直流元器件。
照明和照明电源领域还有很大一部分是我们尚未谈论到的，而微控制器拥有大量的其他功能来满足这部分的需求。除了我们讨论过的电流控制和照明功能，XMC 微控制器还能进行先进的交流到直流、直流到直流能量变换拓扑，例如准谐振反激电路和临界导通模式 PFC。XMC 微控制器拥有一套优秀的开发工具，这套工具使得着手进行照明设计变得轻松简单。我们有自己的 Dave 系统。我们拥有 XMC Lib 或我们自己的库，能为我们所有的外围设备提供低能级驱动器。您可以使用 SDK 构建您自己的 Dave 应用。
我们的网络上还有针对照明和其他应用的大量示例。拥有 ARM 作为微控制器 CPU 的供货商的一个好处就是我们拥有大量的第三方支持工具。ARM 作为行业标准，有很多第三方提供的编译器、调试器和操作系统，凡是您能想到的都有。
我们也有工具包来展示用于高品质照明的 XMC 功能。您将在我们的网站上看到一个针对 Arduino 的三通道峰值电流控制屏蔽，这个屏蔽拥有很多我们一直在讨论的功能。您还将看到一个使用我们线性驱动器的 LED 照明应用套件。未来几个星期我们还会推出一个新套件。就是这个 XMC 峰值电流控制探测器创造了极高品质的光，我甚至可以给您一个关于它如何起作用的演示。
我们在这里有一个使用两个 XMC LED 电流控制探测器套件的演示。这个套件通过一个标准的 LED 光球生成非常低品质的光。在我的眼里，它看起来非常平滑，我发现不了任何闪烁。然而，当我拿起相机近距离查看时，您可以看到闪烁的水平线。现在我将要插入第二个套件，这个套件被调整用来产生高频率的转换电流控制，这种控制只有我们的快速模拟比较器和定时器可能实现。您能够看到一张更好的图像。一点儿闪烁都没有。如果您想要深入了解英飞凌的 LED 照明解决方案，请访问我们的网站 Infineon.com。
非常感谢。
