MCU可助力實現智慧化LED燈泡。LED照明系統商借重內建BCCU功能的MCU，大幅縮短開發出智慧化高功率LED燈泡的時程，并協助終端使用者達成輕松且精準調光的目的，同時不會出現閃爍的問題。

　　人類若想要永續生存，就必須更有效率地使用有限的能源資源。全球約有20%的電力消耗在照明，因此人們希望照明系統能更節能、更聰明且外型更美觀，而發光二極體(LED)因具備能源效率、可調光及能以高品質的方式控制色彩，故愈來愈受歡迎。LED有兩個特別引人注意的應用，亦即智慧型街道照明和建筑照明，這兩種高功率的戶外應用通常都使用高電流和高亮度的LED。

　　達成燈泡控制調變LED開關切換速度成關鍵

　　戶外型LED燈泡的控制裝置內包含電源供應器和驅動器，其中，標準電源供應器的重要元件包括橋接整流器、功率因數校正器(PFC)及半橋諧振(LLC)諧振轉換器的降壓轉換器(圖1)。

　　圖1四通道LED照明引擎范例

　　LED電流系透過線性或切換式LED驅動器，固定為仔細選定的值，選定的LED電流則取決于系統元件和所需的最高亮度，如350毫安培(mA)或700毫安培。一般街燈的LED都以相同的電流驅動；建筑照明經常使用的多色燈泡，則可能使用完全不同的LED通道電流。調光時，通常是透過通訊，如數位可定址照明介面(DALI)或感測器輸入(如環境光源)觸發；燈泡的亮度和/或顏色則是透過調變驅動器的輸入(EnableInput)加以控制。

　　調變指的是能夠快速開關LED，若切換速度夠快，人眼便無法辨識，看到的亮度將取決于LED開啟的平均時間。最常見的調變方式為脈沖寬度調變(PWM)和脈沖密度調變(PDM)(圖2)，其中，PDM能在對等的系統時脈下達到更高的解析度，電磁干擾(EMI)特性更佳，且因為本身切換速率高，因此不容易發生閃爍。

　　圖2大約25%亮度下的PWM和PDM調變

　　產業界所開發適用于LED照明的微控制器(MCU)包含亮度及色彩控制單元(BCCU)，能在最多九個通道上產生PDM訊號。高功率調光燈泡的特殊挑戰在于，LED驅動器需要最短的停留時間，LED驅動器EnableInput的調變訊號必須在最短的時間間隔內保持恒定。從經驗法則得知，功率越高，需要的最短停留時間就越長，才能保持穩定且準確的LED電流。但在高解析度和高位元速率下，尤其是在低亮度的情況下，調變訊號卻可能違反此要求。

　　目前產業界開發適用于LED照明的MCU可適時稍微重新排列調變訊號內的脈沖，自動解決此問題。脈沖會在分組電路內重新分組(圖3)，產生新的脈沖，擁有所需的最短寬度并兼顧解析度，同時又能保持不閃爍。

　　圖3未分組PDM與已分組PDM范例比較

　　另一項需求則是將電源供應器的負載變動降到最低(使負載變流暢)，尤其LLC諧振轉換器對于高負載變動極為敏感。BCCU內的分組電路能夠在不同的相對通道調變訊號間加入相移，確保訊號在不同的時間點變更狀態。

　　控制LED照明和色彩BCCU擔當重任

　　調變要如期運作，必須將亮度值轉換為開關訊號，控制LED達到所需要的亮度，且切換能不為肉眼所察覺。達到此一要求后，第二項重要任務則是控制亮度值長時間的動態行為，使其自然呈現，并使人眼能夠接受。

　　假設LED分為多重通道，動態變動也能分成兩個獨立的切換，其一為整體的亮度變動，也就是調光；另外則是色彩的變動，亦即相對強度的變動。調光時所有通道都會改變亮度，但其相對亮度則保持不變，維持燈泡的色彩。區分的方式便是在BCCU內產生亮度值，做為兩項元件的產物，這兩項元件也就是調光量和通道特定的強度。

　　人眼無法辨識線性的亮度調整，實際亮度和可察覺亮度間存在著近似對數的關系。若隨時間線性調整亮度，肉眼將無法察覺恒定的變動率，因此為提供流暢、漸量且恒定的變動，調光必須以指數表現。BCCU能以指數曲線自動變更調光量，使用者只須要設定新的目標量和變色率(圖4)。為能輕松混合色彩，BCCU也能使用自動化的線性調整器，在可調整的變色時間內，以線性方式變更相對的通道強度。

　　圖4驅動RGB戶外投影燈的BCCU

　　內建BCCU功能MCU加快智慧化照明系統開發

　　產業界開發適用于LED照明的MCU擁有BCCU的多通道架構，能夠為三個獨立的LED燈泡和最多九個通道產生所需要的PDM訊號，以指數方式變更調光量，并以線性方式變更強度，不需要復雜的執行時間軟體。模組還加入了一些額外的功能，如高頻振動的調光量轉換、閃爍監控和緊急關閉的硬體設限。完成初步組態后，使用者只須要變更目標的亮度、目標的色彩和變色率。BCCU和類比數位轉換器(ADC)模組能夠搭配運作，實現快速、由時間觸發的訊號測量，同時將中央處理器(CPU)負載降到最低(圖5)。

　　圖5時間觸發測量的街燈范例

　　這些自動化功能可幫助工程師快速開發出精細的照明解決方案，大幅降低軟體錯誤的風險。工程師還能利用軟體開發工具鏈省下更多時間，只要按幾下滑鼠，就能選取并設定專屬的燈泡應用程式，然后交由自動代碼產生器編寫軟體。

　　透過適合用于高功率LED燈泡智慧控制的MCU，照明應用的開發將變得快速、有效率且低風險，因為產品內有專屬的模組，可相容于所有的LED驅動器，還能自動控制燈泡的色彩和亮度，使其自然不閃爍。