中心議題：

• 照明技術的發展及趨勢
• 現代LED照明對MCU的需求
• 智能照明的發展方向
• MCU在LED照明中的應用

解決方案：

• 78K0/IB2 LED路燈方案
• 綠色環保LED照明方案

照明技術的發展及趨勢

照明發展曆程

首先
，回顧照明技術的發展曆史，第一代以白熾燈為代表
，優點是價格便宜，低溫啟動特性好，但是壽命短、發光效率低。第二代以熒光燈為代表，壽命較長、發光效率較高、成本較低，缺點是含重金屬汞、鎮流器/啟輝器功耗大。第三代的代表是高壓氣體光源
，優點是穿透性強
，反射率高，但是
，含重金屬汞、顯色性低
，並且需要安裝整流器。LED屬於第四代照明設備，是工作電壓低
、安全節能、維護費用低、壽命長，目前的主要問題是價格較高，發熱量大，需要指出的是
，目前對燈具中金屬汞的回收無廠商對應，但LED卻不含汞。

照明市場趨勢

照明在家用/商用電力消費中占有很大比重，大約17%，大量的消耗造成資源浪費、二氧化碳排放以及全球變暖等問題。因此，在全球範圍內，對綠色、節能的照明係統的需求在逐漸加大，隨著照明源的發展和改進，照明功耗逐步降低，LED的功耗僅為白熾燈的1/8。同時，照明係統采用各類通信、傳感器的智能照明控製係統，提高了應用效率。

日本在1998年就開展了 “21世紀照明”計劃，旨在通過LED技術使照明的能量效率提高為傳統熒光燈的兩倍。韓國
、歐盟、美國也相繼提出了自己的照明規劃。我國有多項半導體照明相關的國家標準、行業標準即將出台，財政部正在醞釀半導體照明的相關扶持政策。政府采購半導體照明示範工程項目的步伐正在加快。
 

圖1 未來照明革新

現代LED照明對MCU的需求

通用LED照明市場分類大致可分為以下幾種：室內照明、商用照明、車用照明、戶外照明、交通信號、娛樂照明

、路燈和電子顯示牌，液晶背光等。

隨著照明需求的發展和節能減排的深入，未來照明革新可以從分時段控製、環境亮度傳感器
、動作傳感器
、熱量管理等角度進行技術革新。

未來照明革新市場潛力巨大

，如圖1所(suo)示(shi)。分(fen)時(shi)段(duan)控(kong)製(zhi)是(shi)指(zhi)在(zai)不(bu)同(tong)時(shi)間(jian)段(duan)有(you)不(bu)同(tong)的(de)亮(liang)度(du)。環(huan)境(jing)亮(liang)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)以(yi)靈(ling)活(huo)應(ying)對(dui)燈(deng)具(ju)所(suo)處(chu)環(huan)境(jing)的(de)亮(liang)度(du)
，比(bi)如(ru)天(tian)陰(yin)的(de)時(shi)候(hou)天(tian)黑(hei)的(de)比(bi)平(ping)常(chang)早(zao)，那(na)麼(me)路(lu)燈(deng)就(jiu)會(hui)提(ti)前(qian)打(da)開(kai)。動(dong)作(zuo)傳(chuan)感(gan)檢(jian)測(ce)器(qi)是(shi)指(zhi)夜(ye)晚(wan)的(de)時(shi)候(hou)如(ru)果(guo)燈(deng)具(ju)周(zhou)圍(wei)無(wu)人(ren)活(huo)動(dong)時(shi)
，會(hui)調(tiao)低(di)亮(liang)度(du)，當(dang)檢(jian)測(ce)到(dao)有(you)人(ren)活(huo)動(dong)時(shi)，就(jiu)會(hui)調(tiao)高(gao)亮(liang)度(du)。另(ling)外(wai)
，現(xian)代(dai)照(zhao)明(ming)需(xu)要(yao)有(you)多(duo)重(zhong)通(tong)信(xin)方(fang)式(shi)
，除(chu)了(le)無(wu)線(xian)方(fang)式(shi)以(yi)外(wai)
，DALI或DMX512等先進的照明專用通信協議使得燈具的管理更加便捷，電力線載波通信（PLC）也是近年來備受關注的方向。

智能照明的發展方向

智能照明的發展方向呈現幾個發展方向：MCU的集成度提高，所需外設減少，更加環保性
；LED滿足家庭情景調光的色彩心情，更加人性化

；各種通信協議，方便調光係統擴展，擴展性增強
；無線連接方式使照明通信融入智能家庭，實現集成化。智能家庭的普及
，可以促進綠色低碳生活、保護環境。智能混色調光，需要支持無線通信的場景照明。而APPLILET HCD工具
，可以方便實現混色調光的開發調試，非常實用。
 

圖2 通過比較器進行反饋控製[page]

圖3 通過A/D轉換器進行反饋控製

圖4 LED恒流控製操作流程圖（LED=3通道）

現代LED照明的要求

LED照明的要求包括家用照明和非家用兩種。

家用照明：

（1）更長的工作壽命

（2）成本低、體積小

（3）低功耗
、，高效能

（4）兼容現有係統

非家用照明：

（1）低功耗
、高效能

（2）多通道 (6條通道或更多)

（3）PFC控製

（4）PLC通信/無線通信

對MCU的需求則表現在如下幾個方麵：

•精準控製電流，延長燈具壽命

•多種保護功能，保證燈具安全

•高集成度，節省空間和成本

•靈活且精確的調光

，同等亮度更少能耗。

•同時為多通道提供獨立的定時器門限輸出功能

•通信方式多樣化
，支持 IR/無線/DALI/ DMX512/ PLC/

•較高工作溫度 (85℃~105℃)

•更實用的評估方案
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照明市場的需求

綜合高調光精度
、低成本、節能和必須帶有應急保護功能，總結為單芯片MCU實現低成本和高性能的綠色節能照明係統。

MCU在LED照明中的應用

針對整個照明市場的MCU需求，瑞薩電子推出了對應的MCU。

78K0/Ix2

針對照明市場的這些需求，瑞薩電子的78K0/Ix2 MCU產品


，很好地解決了這些問題。78K0/Ix2相應的特性有很多。78K0/Ix2的PWM輸出周期25ns，具有16位變頻定時器和內部40MHz操作時鍾特性，滿足高精度調光需求。78K0/Ix2無需外圍IC
，可由PFC控製IC
、變頻控製IC和LED驅動IC（LED照明）
，有效降低成本。對應緊急狀態時的定時器高阻輸出，方法是和比較器/外部中斷聯動。對應可在實現 “任何亮度”
，實現降低能源消耗，方法是使用傳感器/通信，而通信又包括DALI、DMX
、遙控器和I2C等。照明用ASSP單片機78K0/Ix2，具有多種內存容量和引腳數可選，對應簡單到複雜的LED照明應用。
 

圖5 照明參考方案

圖6 智能DALI-DMX512 LED情景照明控製

照明用ASSP單片機78K0/Ix2的特點：

•內置高速晶振（CPU最高20MHz ）

•高速4通道16位PWM定時器 (40MHz)

•內置片上調試

•串行通信（UART，I2C，CSI），內置DALI（照明用通信）功能

•MCU工作溫度可達105℃

•可獨立控製最多4路LED

•可適應LED照明器具大量發熱的使用環境

•可方便實現DALI協議接收/發送

適用於照明控製的定時器的特性：

•計數時鍾最快達到40MHz

•帶死區時間PWM輸出

•可進行全/半橋控製

• 4通道同步輸出

•可與比較器連動進行緊急停止的功能

•可配合A/D轉換器進行LED恒流控製

•可用作LED恒流控製的開關信號或用作調光亮度控製信號
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增強的模擬功能：

•定時器同步A/D轉換器

•內置1.2V穩壓參考

•3通道比較器

•內置運算放大器
，包括PGA 模式 (×4/×8/×16/×32)，獨立模式 (使用+/ -/輸出引腳)

•可用於LED恒流控製快速響應進行反饋操作

•可用於檢測來自傳感器的微小信號控製LED燈具亮度

恒流控製

恒流控製有兩種恒流控製的方式。

第一種是通過比較器進行反饋控製。使用比較器檢測LED電流
，通過改變PWM輸出占空比實現恒流控製。通過改變比較器內置參考電壓可實現各通道的獨立調光（28級），如圖2所示。

第二種是通過A/D轉換器進行反饋控製
，使用A/D轉換器檢測LED電流，通過改變PWM輸出占空比實現恒流控製。通過改變A/D轉換的目標值實現各通道的獨立調光，如圖3所示。

LED恒流控製操作流程圖如圖4所示，如圖，有3通道的LED需要控製，是A/D轉換→PWM輸出的微調的重複操作。軟件操作過程是對CH1的反饋電阻電壓進行A/D轉換，微調輸入到CH1的PWM波占空比
，然後對通道2和通道3進行同樣操作，重複上述流程即可。三個通道的A/D轉換和檢測調整的整個周期約為50μs。
 

圖7 78K0無驅智能調光LED燈泡參考板

圖8 78K0/IB2 LED路燈方案

綠色環保LED照明方案

瑞薩電子的照明參考方案由3部分組成，可通過PC端GUI進行調光控製，PC和通信板通過USB線連接，情景照明板和通信板之間可以由紅外、DALI及DMX512三種方式實現
，在瑞薩電子的照明參考方案中，可以使用AppliletEZ for HCD程序自動生成工具，實現照明控製程序的涉及
、編譯和燒寫。照明參考方案如圖5所示。
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78K0/IB2低成本高亮度LED調光（調色）控製的優點：

• 3通道獨立恒流控製（高亮度LED）

•調光控製，調色控製

•通信模式 (DALI
，DMX512，AD輸入)

智能DALI-DMX512 LED情景照明控製如圖6所示。通過比較器內部參考電壓/PWM占空比
，可進行3通道獨立LED調光（28級）
；通過8位PWM TMH1的同步控製
，可進一步提高調光精度。

78K0無驅智能調光LED燈泡參考板如圖7所示。普通白熾燈功耗大
、且調光的能效比很低，78K0無驅智能調光LED燈泡參考板可以實現AC220V，不帶 PFC調整功能
；遙控器調光 (自定義315M RF)
；小巧的PCB便於集成。

基於78K0/IB2 LED路燈方案如圖8所示。可實現AC220V，具有 PFC；驅動總功率60W；調光通信接口可采用RS485/PLC接口。

開發工具

第一步通過器件驅動自動生成工具(Applilet2)生成器件驅動。第二步通過Project Manager(PM+)編輯程序（綜合開發環境）(源程序管理
、編輯、工具管理)。第三步調試(ID78K0)和仿真通過MINICUBE2(簡易)，IECubedengjinxingcaozuoqueren。lingwai，duiyuliangchanxingshaoxiegongju，chuleruisadianzizijitigongdegongjuyiwai，lingyoudisanfanggongjuyekezhichi。ruisadianzitigongzhaomingcankaofangantaojian，shijishichucijiechuMCU
，也能迅速上手。