EZ-Color控制器設計的高亮LED照明混色方案

引言

本文介紹了一種基于賽普拉斯的EZ-Color控制器不需要指定LED型號規格，而且能快速簡單完成一個性能優良的高亮LED照明混色設計方案。

　　隨著半導體照明行業日異更新的步伐，具有壽命長，能耗低，應用靈活，環保無害等眾多優點的高亮LED正在孕育一場新的產業革命―照明革命，使我們的生活與工作環境魅力四射，絢麗多彩。不過，由于LED本身屬于半導體器件的特性，使得LED照明設計時需面臨兩大挑戰――同種顏色的LED具有多種型號規格以及LED的性能隨溫度而降低的特性。這就要求照明工程師在進行LED照明混色設計時，必須做LED型號規格和溫度補償的考慮。LED型號規格和溫度補償算法設計不但算法復雜，而且還要求照明工程師有比較專業的色彩學理論知識。這使得很多照明設計工程師在設計生產時采用指定型號規格的LED的方法來回避復雜的LED型號規格補償算法設計。但是這會給整個系統帶來成本的增加，因為LED供應商通常會多收10%的指定費。為了幫助廣大的照明設計工程師解決LED混色設計的挑戰.

　　EZ-Color控制器

　　EZ-Color控制器是Cypress生產的專門針對高亮LED照明混色應用的可編程片上系統芯片。它主要由8位微處理器，可編程模擬模塊和數字模塊，外加硬件乘法累加器，I2C，Flash, SRAM等周邊外圍模塊組成，如圖1所示。

圖1：EZ-Color控制器的功能框圖

因此，EZ-Color控制器除了能實現一般LED混色系統的計算控制功能之外，還可通過可編程模擬和數字模塊根據混色系統的具體要求靈活地實現所需的模擬與數字外圍功能。例如，可以通過內部集成了16個可編程數字模塊的EZ-Color控制器CY8CLED16實現多至16路LED控制通道的LED照明混色系統，也可以設計成32位分辨率的4路LED控制通道的照明混色系統。為了方便用戶簡單而快速地實現高亮LED混色設計，Cypress基于EZ-Color控制器和無代碼設計軟件構建了三色LED混色模塊。這個混色模塊將PSoC內部寄存器的配置，可編程模塊的內部連線，包含LED型號規格和溫度補償算法軟件都已設計好了。當用戶需要設計照明混色系統，只需像windows操作一樣將三色LED混色驅動選中后拖放到PSoC express的設計區里，所有的照明混色軟件都將自動生成。

　　高亮LED照明混色方案的實現

　　基于PSoC express的混色方案實現機制

　　EZ-Color高亮LED照明混色設計是基于賽普拉斯的無代碼圖形化設計軟件―PSoC express實現的。當用戶要完成某個系統的設計時，只需進行簡單地操作即可，第一步是輸入，輸出驅動的選擇;第二步是定義輸出與輸入的行為關系或傳遞函數關系。EZ-Color混色方案也不例外，也是由輸入，輸出驅動和傳遞函數關系構成，如圖2所示。

圖2：EZ-Color方案實現機制圖

從上面的實現機制圖可以看到，EZ-Color的LED混色方案是采用(x,y,Y)表示輸入，輸出是RGB三色LED，其中三色LED 的硬件驅動采用了SSDM(隨機信號強度調制)用戶模塊。輸入的(x,y,Y)是按照CIE 1931色度圖的表征方法來表示EZ-Color的顏色輸入請求信息，即x,y代表色調和色飽和度，反映顏色的色度信息，而Y代表光通量，反映顏色的亮度信息。SSDM用戶模塊是賽普拉斯的PrISM(精確照信號強度調制)技術的硬件實現。PrISM技術是賽普拉斯專有的LED亮度調節技術，它可有效地解決電磁干擾和低頻閃爍問題。

　　PrISM技術

　　傳統的LED亮度控制都是用脈沖寬度調制信號(PWM信號)來實現的，通過改變占寬比來實現亮度調節的。這種亮度調節方法簡單，但是由于PWM信號是高低電平固定變化的信號，因此它的諧波成份非常豐富，電磁干擾大。同時當用低頻的PWM信號進行亮度控制時，人眼會覺察到燈光在閃爍。

　　EZ-Color方案的亮度控制采用了Cypress的專有的PrISM技術。相比于PWM控制方法它可有效地解決電磁干擾與低頻閃爍問題。如圖3所示，PrISM技術通過將隨機計數器與用戶所要求的信號強度寄存器的值進行比較，如果隨機計數器里的值小于信號強度值時，就輸出高電平信號，大的時候就輸出低電平，從而產生高低電平寬度隨機變化的精確照明脈沖信號。

圖3：PrISM技術實現框圖