基于MC9RS08KA2的高亮度LED應(yīng)用方案

如果不要讓設(shè)備上的電流被切斷，則必須使用能源存儲(chǔ)設(shè)備來(lái)確保當(dāng)電源被切斷時(shí)，電流亦不會(huì)被立刻切斷。一個(gè)明智的選擇是在設(shè)備的電路路徑上添加電感。在PWM循環(huán)過程中，能量保存在電感中。電源被切斷時(shí)，保存的能源釋放出來(lái)，繼續(xù)為設(shè)備供電。這種拓?fù)浞Q為buck 變換器（buck converter）。圖2 是常見buck 變換器的示意圖。

圖2：Buck變換器拓?fù)?p> Buck變換器

Buck 變換器只能用于執(zhí)行降壓操作，就是當(dāng)電源電壓是高于所需要的設(shè)備電壓時(shí)。如圖2 所示，當(dāng)電源開關(guān)SW1 閉合時(shí)，輸入電壓VIN 連接到電感L 的輸入端。逆向偏壓二極管能確保設(shè)備電流在一個(gè)方向上傳輸。與此同時(shí)，電感中保存的能源不斷增加。當(dāng)電源開關(guān)斷開時(shí)，電感中保存的電能釋放出來(lái)，電流流經(jīng)二極管持續(xù)提供給設(shè)備。電感中存儲(chǔ)的電能逐漸減少，設(shè)備電流亦開始下降。Buck 變換器的主要電能存儲(chǔ)設(shè)備是電感。電感的設(shè)計(jì)必須確保有足夠的電能存儲(chǔ)空間，滿足電源關(guān)閉期間（SW1 打開）的設(shè)備電源要求。對(duì)于HB-LED 應(yīng)用，HB-LED 需在恒定電流下工作，buck 變換器亦被認(rèn)為只在連續(xù)導(dǎo)通狀態(tài)（continuous conduction mode ) 下運(yùn)行。

感應(yīng)器電流有兩種狀態(tài)：通流狀態(tài)（SW1 閉合）和斷流狀態(tài)（SW1 打開）。處于通流狀態(tài)時(shí)，電感的電流開始直線上升，電流的最大變化可以使用下列公式計(jì)算：

其中tON 是SW1 閉合的時(shí)間。VOUT 是設(shè)備RL上的電壓。同樣，處于斷流狀態(tài)時(shí)，電感電流在SW1 打開期間下降，電流的最大變化可以使用以下公式計(jì)算：

其中tOFF 是SW1 打開的時(shí)間。VD 表示二極管上的電壓。假設(shè)tON 與tOFF 之和是開關(guān)時(shí)間的總長(zhǎng)短T，那么tON 亦可以計(jì)算為：

其中D 是閉合時(shí)間的占空比。在理想情況下，逆向二極管的壓降VD 為零，打開和關(guān)閉狀態(tài)之間的電感電流之和是恒定的。如公式（4）所示，我們可以很容易地推斷出來(lái)，buck 變換器的輸出電壓增益等于占空比D 而且永遠(yuǎn)小于1。

公式（1）和（2）定義了輸出負(fù)載上的最大紋波電流。如果定義了可接受的紋波電流IL、開關(guān)頻率SW1（1/T）、電源電壓VIN 和目標(biāo)輸出電壓VOUT，則可以通過公式（1）和（3）計(jì)算出所需的電感值。

閉環(huán)控制

使用 buck 變換器驅(qū)動(dòng)HB-LED 時(shí)，系統(tǒng)必須能夠保持恒定的輸出電流。輸出電壓或輸出電流通過改變電源開關(guān)SW1 的占空比直接進(jìn)行控制。非常普遍的做法是采用低歐姆電阻（通常1Ω - 5Ω）作為電流感應(yīng)器來(lái)監(jiān)控HB-LED 的正向電流。該電阻將正向電流轉(zhuǎn)換成電壓，并與恒定參考電壓VREF 進(jìn)行比較。VREF 是預(yù)先定義的，而對(duì)應(yīng)于所需的目標(biāo)負(fù)載電流。如果電流感應(yīng)器電壓高于參考電壓，則表示負(fù)載電流高于目標(biāo)電流。反饋環(huán)路會(huì)減少占空比D 來(lái)驅(qū)動(dòng)電源開關(guān)。相反，如果電流感應(yīng)器電壓低于參考電壓，占空比D 則會(huì)增加。圖3 為閉環(huán)控制buck 變換器的示意圖。

圖3：閉環(huán)控制buck變換器

在某些情況下，電源電壓VIN 并不穩(wěn)定，比如在利用電池為系統(tǒng)供電時(shí)。無(wú)論采用什么電源，要讓輸出電流保持一個(gè)恒定水平，就必須使用獨(dú)立于電源電壓的一個(gè)參考電壓VREF。在所有備有模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器（ADC）或模擬比較器（ACMP）的飛思卡爾S08 和RS08 MCU 芯片系列，內(nèi)部都帶有隙電壓參考。該參考電壓獨(dú)立于MCU 的電源電壓VDD，通過MCU 中的專用控制寄存器啟動(dòng)。

MC9RS08KA2 系統(tǒng)

對(duì)于普通的 HB-LED 應(yīng)用，MCU 控制系統(tǒng)的反饋回路。它測(cè)量HB-LED 正向電流并調(diào)節(jié)電源開關(guān)的占空比，將HB-LED 亮度保持在目標(biāo)水平。因此，MCU 必須至少具有PWM驅(qū)動(dòng)功能。通常情況下，30KHz -100KHz 的PWM輸出頻率就足夠了。此外，MCU 應(yīng)當(dāng)能夠執(zhí)行電壓測(cè)量，這是閉環(huán)控制系統(tǒng)必需的。

許多飛思卡爾MCU 都能用于HB-LED 照明應(yīng)用。對(duì)于一般的HB-LED 應(yīng)用，可以使用MC68HC908Qxx 系列。它支持8 針腳封裝，并帶有專用的PWM 模塊和模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）模塊。對(duì)于成本敏感型應(yīng)用，可以使用MC9RS08KA2。它也支持8 針腳封裝，不帶芯片ADC，但包括模擬比較器 (ACMP)，這對(duì)HB-LED 應(yīng)用來(lái)說也已經(jīng)足夠了。