發(fā)光二極管（LED）已迅速成為許多照明應(yīng)用的。 LED制造商對效率和亮度的改進(jìn)意味著從汽車前照燈到倉庫和工廠照明等應(yīng)用幾乎沒有其他同等選擇。 LED相對于其他選項的一個重要優(yōu)勢是其可控性，但這確實需要使用電子電路來充分利用該技術(shù)，而不會引入諸如閃爍或過熱等問題。

不僅僅是LED的有效控制是必要的，照明系統(tǒng)需要能夠自動響應(yīng)環(huán)境光等條件的變化，以及可能通過網(wǎng)絡(luò)連接發(fā)出信號的要求變化。

傳感器靠近照明組件可以確定合適的人工照明水平，以避免浪費電力的情況。在智能溫室，高棚照明和街道照明等應(yīng)用中，LED可以在環(huán)境條件有利的情況下完全關(guān)閉，并隨著黑暗的增加逐漸上線。與此同時，遠(yuǎn)離窗戶的倉庫角落等較暗的區(qū)域可以安全，高效地點亮。

原則上，LED提供的亮度易于控制。 LED的光輸出是正向電流的近似線性函數(shù)。為了提供一致的照明，LED需要恒定的驅(qū)動電流。所需的電流量不僅取決于LED，還取決于環(huán)境因素。通常，亮度 - 電流曲線增加。然而，電流的增加導(dǎo)致LED結(jié)溫升高。結(jié)溫過高會導(dǎo)致光輸出降低，整體效率降低。

提供給LED的電流并不總是保持在恒定水平。相反，高頻開關(guān)用于將平均電流脈沖輸出到接近恒定的水平。大多數(shù)LED照明設(shè)計采用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來提供電流控制。

基于PWM的LED功率控制在目標(biāo)亮度級別的常見配置是計算固定的關(guān)閉時間。然后，電路根據(jù)電流測量值改變施加功率以適應(yīng)條件的時間。固定關(guān)斷時間方法的優(yōu)點是紋波電流和平均電流水平僅取決于關(guān)斷時間和LED正向電壓。在固定的關(guān)閉時間內(nèi)，正向電壓取決于串中LED的溫度和數(shù)量。

軟件算法可以通過實現(xiàn)自適應(yīng)電壓補(bǔ)償來補(bǔ)償這些影響。該算法監(jiān)控LED上的電壓降，并調(diào)整關(guān)閉時間長度。然后通過調(diào)節(jié)所提供的峰值電流來控制平均LED電流，該峰值電流是在LED燈供電的MOSFET開啟時測量的。

STMicroelectronics的STLUX系列照明控制器提供驅(qū)動方式多達(dá)六個LED串，借助于改進(jìn)的降壓拓?fù)涔β兽D(zhuǎn)換器獨立使用固定關(guān)斷時間控制。 STLUX系列照明控制器采用的控制策略的是狀態(tài)機(jī)，事件驅(qū)動（SMED）技術(shù)。這使得控制器可以操作多個LED串，每個LED都有自己的PWM發(fā)生器，并且無需軟件干預(yù)即可獨立響應(yīng)外部和內(nèi)部事件。

內(nèi)置微控制器配置和編程SMED單元，如圖1所示。該微控制器基于ST8微架構(gòu)，該架構(gòu)基于CISC設(shè)計，可實現(xiàn)高代碼密度，并提供低功耗優(yōu)化。

圖1：SMED單元與管理程序和I/O之間的關(guān)系。

STLUX交換機(jī)中的六個SMED中的每一個在四個狀態(tài)之間，在需要凍結(jié)PWM時鐘直到滿足退出條件的情況下增加保持狀態(tài)。一個應(yīng)用是調(diào)光。當(dāng)監(jiān)控控制決定啟動調(diào)光占空比的關(guān)閉狀態(tài)時，SMED進(jìn)入保持狀態(tài)。當(dāng)關(guān)閉狀態(tài)定時器達(dá)到其極，SMED切換回正常操作以進(jìn)行常規(guī)，的PWM電壓控制。

運動可以在四種狀態(tài)中的任何一種之間，如圖2所示。進(jìn)入SMED控制狀態(tài)機(jī)何時以及如何轉(zhuǎn)換到新的目標(biāo)狀態(tài)，并且SMED可以鏈接以構(gòu)建更復(fù)雜的狀態(tài)機(jī)，其中不需要完全獨立控制每個字符串。

圖2：SMED單元可能的狀態(tài)轉(zhuǎn)換。

使用96 MHz的工作頻率，PWM的分辨率為1.3 ns。 SMED架構(gòu)允許控制器在10 ns內(nèi)對事件做出反應(yīng)。

為了支持固定關(guān)斷時間配置，基本SMED提供了足夠的狀態(tài)來處理PWM周期以及故障響應(yīng)和恢復(fù)。初始化后，SMED切換到S0，主要用于控制關(guān)閉時間。在此狀態(tài)下，輸出PWM線設(shè)置為0 V.定時器用于確定從S0退出的時間。為了支持調(diào)光，S0可以進(jìn)入保持狀態(tài)以保持輸出為0 V.如果不需要調(diào)光控制，則狀態(tài)移至S1。

S1用作電流斜坡和故障檢測狀態(tài)。在轉(zhuǎn)換到S1期間，PWM輸出線設(shè)置為高。這會打開輸出功率MOSFET，并允許電流流入LED和檢測電阻。在正常情況下，在SMED處于S1期間，電流不應(yīng)達(dá)到峰值安全限值。在固定關(guān)閉時間算法中，S1通常被編程為在PWM周期的接通時間的三分之一過去之后退出：在S2期間處理接通時間的剩余部分。但是，如果非常早地達(dá)到電流限制，這在正常條件下不應(yīng)發(fā)生，則表示發(fā)生錯誤，這會強(qiáng)制SMED進(jìn)入S3。

S2是電流限制狀態(tài)，用于在正常條件下查找峰值電流水平。電流峰值由STLUX DAC上配置的電壓決定。當(dāng)電流峰值到達(dá)時，SMED循環(huán)回到S0狀態(tài)，PWM輸出在下一個固定關(guān)閉時間周期開始時切換回0 V.

S3充當(dāng)過流狀態(tài)。在轉(zhuǎn)換期間，PWM輸出關(guān)閉以保護(hù)下游電路，并且定時器設(shè)置為值5μs。當(dāng)定時器到期時，SMED進(jìn)入S0進(jìn)行新的循環(huán)，但也會產(chǎn)生內(nèi)部MCU的中斷，以便軟件可以監(jiān)控未來的循環(huán)，必要時停止SMED轉(zhuǎn)換，并生成用戶警報。

當(dāng)前峰值電平由比較器檢測，該比較器饋入SMED。該比較器接收電流輸入檢測信號并將其與內(nèi)部DAC值進(jìn)行比較。當(dāng)比較器引腳上的電壓高于DAC值時，比較器輸出引腳的輸出變?yōu)楦唠娖?。在其他時候，輸出保持低電平。

可以使用第二層PWM控制來處理調(diào)光。但是，可以使用軟件來處理循環(huán)，因為它涉及比當(dāng)前管理PWM算法所需的控制回路明顯更慢的控制回路。為了使顯著的閃爍化，200Hz的切換速率就足夠了，將每秒切換為5ms周期。允許在每個插槽內(nèi)運行PWM周期的時間長度決定了LED串的整體亮度。

對于獨立的LED串，調(diào)光周期可以在相位上偏移。這有助于平衡功耗，并進(jìn)一步有助于化整個照明陣列的明顯閃爍。通過這種相移，LED串在不同時間接通和斷開。為了驅(qū)動調(diào)光控制，STMR內(nèi)部定時器可用于定期產(chǎn)生中斷。該算法通過其LED串列表，計算所需亮度，激活或停用SMED單元，然后設(shè)置定時器以等待下一個調(diào)光事件。在非常低的占空比下，可以使用WFI指令使內(nèi)部MCU內(nèi)核進(jìn)入休眠狀態(tài)。這會阻止內(nèi)核運行，直到收到中斷為止。

雖然照明單元可能設(shè)計為獨立運行，但智能照明的好處還是支持遠(yuǎn)程或網(wǎng)絡(luò)控制。照明鎮(zhèn)流器和控制器網(wǎng)絡(luò)允許高度靈活性。例如，當(dāng)辦公室或倉庫環(huán)境中的分區(qū)發(fā)生變化時，控制器可以輕松地重新編程，將照明鎮(zhèn)流器分成不同的組。

廣泛接受的控制照明系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)是數(shù)字可尋址照明接口（ DALI）。 DALI的主要優(yōu)勢包括簡單的布線拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以及單獨或作為組的一部分尋址照明單元的能力。因此，DALI適用于較舊的1 - 10伏模擬接口和復(fù)雜的基于網(wǎng)絡(luò)的照明控制系統(tǒng)之間的利基。 DALI的使用并不排除集成到網(wǎng)絡(luò)中。然而，大型系統(tǒng)通常通過將燈具組合在DALI鏈接組中來構(gòu)建，這些組通過IoT網(wǎng)絡(luò)（例如6LowPAN，以太網(wǎng)或線程）以宏觀規(guī)?；ミB。

通常，DALI組將包括一個DALI控制單元，該控制單元鏈接到本地控制面板和各種能夠檢測存在和環(huán)境光水平的傳感器。然后，DALI控制單元使用IoT類型協(xié)議與建筑物管理系統(tǒng)通信?？梢允褂眯切位虼型?fù)溥B接DALI單元。串行拓?fù)湓谛枰采w長線性距離的系統(tǒng)（例如街道照明）以及諸如倉庫的安裝方面具有優(yōu)勢。在串行連接方案中，每個DALI單元通過串行鏈路連接到其近的鄰居。命令沿著串行總線傳遞，以便每個DALI單元可以通過廣播命令尋址。

電纜長度由沿其長度的電壓降決定，該標(biāo)準(zhǔn)在標(biāo)準(zhǔn)中定義為2伏。對于橫截面為1.5 mm 2 的電纜，這相當(dāng)于約300 m。 DALI控制電纜可與主電源電纜并列，因為該方案未被分類為分離的超低電壓（SELV）。

DALI協(xié)議控制從關(guān)閉到的254步的照明。預(yù)計照明單元遵循對數(shù)亮度曲線。為了支持照明級別的逐漸變化，該協(xié)議允許控制器以秒為單位設(shè)置淡入淡出時間。然后，控制器可以發(fā)出命令，使各個鎮(zhèn)流器逐步增加或減少照明，直到達(dá)到設(shè)定點。為了便于維護(hù)，鎮(zhèn)流器可以使用狀態(tài)信息向控制器缺少燈泡等問題。

在光線收集場景中，控制器可以使用自己的傳感器完全控制照明，以確定狀態(tài)。每個鎮(zhèn)流器的亮度等級，在這種情況下由基于STLUX的模塊操作，發(fā)送適當(dāng)?shù)纳龎夯蚪祲好??；蛘?，STLUX內(nèi)的MCU可以獲得更大的自主權(quán)。在這種情況下，DALI命令設(shè)置照明級別，但本地STLUX控制器使用本地連接的環(huán)境光傳感器來確定所需的調(diào)光級別。一個簡單的閉環(huán)控制算法可以將調(diào)光水平調(diào)整到本地傳感器拾取的感應(yīng)光水平。

由于8個ADC和4個比較器通道可用于SMED的電壓和電流測量單元，傳感器可以使用STLUX的內(nèi)置I 2 C接口連接。具有I 2 C接口的環(huán)境光傳感器包括德州儀器的OPT3001和Vishay半導(dǎo)體的VML6030。

其他傳感器可以連接到I 2 C接口或由控制器用來確定何時發(fā)送DALI命令以支持更的控制策略。例如，在街道或停車場照明網(wǎng)絡(luò)中，運動傳感器可用于在汽車或人員經(jīng)過之前增加照明，然后再設(shè)置為的不活動設(shè)置。

結(jié)論

謝謝STLUX系列設(shè)備支持基于網(wǎng)絡(luò)的控制，連接傳感器的能力以及使用先進(jìn)的狀態(tài)機(jī)策略來管理LED輸出，為先進(jìn)的照明系統(tǒng)提供了非常合適的基礎(chǔ)。