12 LED-Steuerungsprobleme, die vom Mikrocontroller PIC752HVXNUMX gelöst wurden

 

 

Der PIC12HV752 ist ein kleiner, kostengünstiger Mixed-Signal-Mikrocontroller, der speziell für LED-Beleuchtungsdesigner entwickelt wurde. Genauer gesagt sucht diese Klasse von Ingenieuren nach neuen und innovativen Festkörper-Beleuchtungslösungen für mehr Energieeffizienz. Sie wollen ihren Unternehmen auch dabei helfen, sich zu differenzieren, indem sie „der Beleuchtung Intelligenz hinzufügen“. Unabhängig davon, wie sie dies erreichen wollen, sei es durch die Bereitstellung von Kommunikationsfähigkeiten, fortschrittlicher Sensorik, Berührungseingaben oder einfach größerer Flexibilität, die wichtigste zusätzliche Anforderung ist das Vorhandensein eines „Gehirns“ in Form eines kleinen Flash-basierten Mikrocontrollers. . Leider, oder vielleicht zum Glück, da diese Anwendungen das Potenzial haben, in sehr großen Mengen zu arbeiten, wird immer sehr auf die Gesamtkosten der Lösung und oft nicht so sehr auf die Größe geachtet, was am Ende nicht überraschen sollte dass alle in den folgenden 10 Punkten beschriebenen Merkmale zu einer erheblichen Reduzierung der Kosten und der Größe der Schaltung als Ganzes führen.Der Einfachheit halber beziehen sich die meisten in diesem Artikel bewerteten Aspekte auf eine Abwärts- oder Sperrwandlertopologie. ). Fachkundige Leser werden solche Aspekte und die (fortgeschrittenere) Topologie, die sie gewählt haben, jedoch schnell in Beziehung setzen können. Lassen Sie uns die Arbeit erledigen!

 

 

Das erste, was einem in den Sinn kommt, wenn man darüber nachdenkt, einen Mikrocontroller zu einem ansonsten einfachen DC/DC-Wandler (Analog) hinzuzufügen, ist, dass Sie bereits wissen, wie wählerisch diese Mikrocontroller in Bezug auf ihre Leistung sein können. Es wird Sie freuen zu wissen, dass Sie sich mit dem PIC12HV752 keine Gedanken über die Versorgung mit einer fein geregelten 5-V-Schiene machen müssen. Der Teil „HV“ der Referenz weist darauf hin, da das Gerät einen Shunt-Regler integriert. Schalten Sie einfach einen Widerstand in Reihe und verbinden Sie ihn direkt mit einer Hochspannungseingangsquelle. Der Shunt (der ähnlich wie eine Zenerdiode funktioniert) passt die Stromaufnahme so weit wie nötig an, um einen Spannungsabfall über dem Widerstand zu ermöglichen, der ausreicht, um sicherzustellen, dass nie mehr als 5 V (±10 %) anliegen seine Klemmen (Vdd-GND). Um eine ausreichend geregelte Versorgung zu erzeugen, ist ein Mindeststrom erforderlich: 1 mA reicht für den gesamten Temperaturbereich zwischen -40 und +85 °C. Von dort aus können Sie das Ohmsche Gesetz perfekt verwenden, um den kleinsten erforderlichen Widerstand sowie seine Leistung zu bestimmen. Um sicherzustellen, dass keine weiteren externen Komponenten erforderlich sind, enthält der PIC12HV752 eine Einschalt-Nullschaltung zur Aktivierung einer Sequenz und eine Erkennungsschaltung für niedrige Netzspannung, um einen sicheren Betrieb bei eingeschalteter Stromversorgung zu gewährleisten.

 

Neben dem Stromanschluss und dem Ein- und Ausschalten gibt es mehrere Gründe, warum eine absolute Spannungsreferenz benötigt wird. Daher enthält der PIC12HV752 eine Festspannungsreferenz (FVR) mit einem Nennausgang von 1,2 V, die ohne externe Verbindungen direkt einen Eingangskanal eines 10-Bit-A/D-Wandlers und/oder einen Analogeingang speisen kann Komparatoreingang. Dadurch kann der Mikrocontroller seine Vdd mit einer absoluten Spannung vergleichen, was nützlich ist, wenn Strom von einer Batterie zugeführt wird, um einen niedrigen Batteriestand zu erkennen, oder in einer Flyback-Topologie, um die Regulierung der Ausgangsspannung einer Batterie zu unterstützen zum Bypass-Regler (siehe vorheriger Abschnitt) nach einem kurzen Selbstanhebungsstart. Dies erhöht die Gesamteffizienz der Schaltung bei sehr bescheidenen Kosten in Bezug auf Rechenleistung.

Das im PIC12HV752 enthaltene analoge Komparatormodul ist nicht das typische Gerät, das man in einem typischen Mikrocontroller erwarten würde.

Dies ist in der Lage, eine Reaktionszeit von weniger als 30 ns zu bieten, was sicherlich erwünscht ist, wenn es notwendig ist, den Spitzenstrom zu kontrollieren, der durch den Abwärtswandler fließt, wenn er mit Geschwindigkeiten von bis zu 500 kHz arbeitet. Tatsächlich sind die meisten kostengünstigen DC/DC-Wandler weit von dieser Grenze entfernt und würden sich damit begnügen, zwischen 150 und 250 kHz zu arbeiten, um den besten Kompromiss zwischen Kosten und Größe zu erzielen. Einige von Ihnen werden denken, dass es eine zu große Option ist, den Komparator auf Kosten der Geschwindigkeit in einen niedrigeren Leistungsmodus zu schalten. Tatsächlich bietet der Low-Power-Modus mit einer Reaktionszeit in der Größenordnung von 200 ns eine erhebliche Reduzierung des Stromverbrauchs des Moduls.

Es ist eine wertvolle Option, wenn der Komparator ausschließlich als Schwellenspannungsdetektor in alternativen Anwendungen verwendet wird, möglicherweise batteriebetrieben

 

Der PIC12HV752 wurde für den Einsatz in Verbindung mit Komparatoren in einer typischen Abwärts- oder Pullback-Wandler-Topologie entwickelt und bietet ein 5-Bit-D/A-Wandlermodul mit „begrenzter Reichweite“, das über die entsprechenden internen Verbindungen verfügt, um als Detektor zu fungieren Rückkopplungsschleife.

Wenn Sie jetzt der Meinung sind, dass 5 Bit nur für einfachste Dimmanwendungen ausreichen, lassen Sie mich erklären, wie dieses Modul in der Praxis funktioniert.

Aus Effizienzgründen besteht die Möglichkeit, den Spitzenstrom zu erfassen, darin, einen möglichst kleinen Serienwiderstand an die Last (die LED-Kette) anzulegen. Um realistisch zu sein, möchten Sie einen Widerstandswert, der ein Feedback von einigen hundert (300) mV liefert. Ein höherer Wert könnte eine Energieverschwendung sein, und ein niedrigerer Wert würde Probleme verursachen, die durch ein schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis verursacht werden.

Wenn dieses Signal an einer Seite eines (schnellen) Komparators angelegt wird, während der D/A-Wandler an der anderen Seite angeschlossen wird, um den Bereich anzupassen, sollte das D/A-Modul die höchste Auflösung liefern, und zwar zwischen 0 und 300 mV. Genau so arbeitet der PIC12HV752 im "Limited Range"-Modus und bietet die effektive Auflösung eines 9-Bit-D/A-Wandlers (10 mV bis 5 V), jedoch ohne die Kosten.

 

Synchronschalttopologien werden in DC/DC-Wandlerdesigns verwendet, um die Effizienz zu erhöhen (und sogenannte Schaltverluste zu reduzieren), wenn die Ausgangsspannung relativ niedrig ist (kurze LED-Ketten oder eine einzelne LED).

Der in allen Buck- und Boost-Topologien vorhandene Durchlassspannungsabfall über der „Flyback“-Diode kann grundsätzlich als Verlustquelle angesehen werden. Indem wir es durch ein zweites aktives Element ersetzen, können wir diese Verluste für die Kosten eines zusätzlichen MOSFET und einer minimalen Schaltung reduzieren, um es mit der geeigneten (komplementären) Synchronisation zu steuern. Tatsächlich kann der PIC12HV752 die Übernahme dieser Option vereinfachen, da der Ausgang des Komparators (oder PWM-Moduls) in ein kleines Modul namens Complementary Output Generator (COG) eingespeist werden kann, das zwei Eingangssignale liefert: komplementäre Ausgänge und bereit, das Paar MOSFETs zu steuern.

Das COG-Modul bietet zusätzliche Kontrolle über die beiden Ausgangssignale, um eine sogenannte Totzone bereitzustellen; diese Maßnahme verhindert, dass die Kapazität der beiden MOSFET-Gates einen gefährlichen Crossover-Effekt (Triggerung) erzeugt. In Wirklichkeit kann der COG viel mehr tun, um eine sichere Steuerung von synchronen Ausgängen zu gewährleisten, wie zum Beispiel:

• Eingangsunterdrückung zur Vermeidung von Stromrückkopplungsrauschen und Mehrfachschaltungen

• Phasenverzögerung für Systemstabilität ohne die Notwendigkeit externer Kompensationsnetzwerke.

• Quelleneingänge wählbar bei steigender und fallender Flanke (PWM, Komparator, Pin)

• Unabhängige Kontrolle der Totzone bei steigenden und fallenden Flanken.

• Wählbare Shutdown-Quellen

• Aktivierung des automatischen Neustarts

• Steuerung des Eingriffs am Stift für die automatische Abschaltung

All diese Funktionalitäten bieten die notwendige Flexibilität, um Ihnen zu helfen, den idealen Kompromiss zwischen Anzahl der Komponenten, Kosten und Effizienz zu finden.

 

 

Unter den wenigen Komponenten, die zur Herstellung eines vollständigen DC/DC-Wandlers benötigt werden, befindet sich immer mindestens ein Leistungs-MOSFET-Bauelement. PIC®-Mikrocontroller zeichnen sich durch ihre hervorragende Leistung in Bezug auf Ausgangsverbrauch und Versorgung (25 mA) aus, aber um sicherzustellen, dass ein MOSFET außerhalb des linearen Bereichs bleibt, ist etwas mehr erforderlich.

MOSFET-Treiber sind allgegenwärtig und nicht besonders teuer, aber das ist immer relativ. Der PIC12HV752 tut sein Bestes, um die Kosten niedrig zu halten, indem er 50 mA (Senke und Versorgung) über zwei I/O-Pins bereitstellt, die natürlich den beiden COG-Ausgängen entsprechen. Diese Werte sind zwar weit davon entfernt, die Verstärker bereitzustellen, die einige der diskreten MOSFET-Steuer-ICs liefern, es handelt sich jedoch um einen Kompromiss, der sorgfältig bewertet werden muss. Einerseits gibt es die zusätzlichen Kosten und den Platzbedarf für den MOSFET-Treiber (der möglicherweise doppelt so groß sein muss).

Auf der anderen Seite stehen die Verluste, die den Wirkungsgrad des Umrichters mindern und Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss. Die Wahl hängt von jedem Design ab. Beispielsweise sind Designs mit geringerer Leistung weniger von Effizienzverlusten betroffen, aber ihre Kosten müssen stärker beachtet werden.

Fortgeschrittene MOSFET-(Logik-)Geräte werden, wenn auch langsam, erschwinglicher und werden Sie in vielen Fällen davon abhalten, sich für eine einfachere Lösung zu entscheiden.

 

Sie haben vielleicht bereits bemerkt, dass der PIC12HV752 darauf ausgelegt ist, Ihnen eine Hybridlösung zu bieten, bei der die DC/DC-Wandlung im Herzen des LED-Treiberdesigns analog und fast vollständig eigenständig ist, nachdem der Mikrocontroller eine einfache Erstkonfiguration durchgeführt hat. Die Anzahl der von solchen Anwendungen benötigten MIPS ist winzig; Ich nenne das gerne eine "Null-MIPS"-Lösung. Tatsächlich steht dem Designer die gesamte "Rechenleistung" des Mikrocontrollers zur Verfügung, um die "Intelligenz" bereitzustellen, während die harte Arbeit im Hintergrund von einer cleveren Kombination aus Komparator (oder PWM), D/A-Wandler, und Modul COG.

Es sollte beachtet werden, dass sich viele Anwendungen, einschließlich intelligenter Beleuchtungslösungen, darum drehen, was die Leuchte tut, wenn sie NICHT aktiv ist. In solchen Fällen muss der Mikrocontroller wach sein und laufen, während seine Leistungsaufnahme zur dominierenden Komponente der Leistungsaufnahme wird, die der gesamten Anwendung zugeteilt wird. Es wird Sie freuen zu hören, dass der PIC12HV752 zum Zeitpunkt der Erstellung dieses Artikels einen der niedrigsten (wenn nicht sogar den niedrigsten) aktiven Stromverbrauch aller eingebetteten Mikrocontroller auf dem Markt hat. Dies wurde als weniger als 45 uA/MHz (bei 2 V) charakterisiert.

Wenn das Gerät im Ruhezustand ist (schlafend), d. h. wenn kein Code ausgeführt wird und alle Peripheriegeräte deaktiviert sind, sinkt der Kernverbrauch auf 10 nA, ein Wert, der so gering ist, dass er die Auflösung für jedes Instrument beeinträchtigen würde.

 

 

Der PIC12HV752 ist ein Flash-Mikrocontroller, was bedeutet, dass der Inhalt seines Programmspeichers Hunderttausende Male neu geschrieben werden kann. Dies verleiht dem Produkt eine längere Lebensdauer, da neuer Code hinzugefügt werden kann, selbst wenn er sich bereits in der Anwendungsumgebung befindet. Aber es gibt noch mehr. Der Mikrocontroller kann einen Teil seines Flash-Programmspeichers verwenden, um Parameter während der Ausführung zu speichern. Der Flash-Speicher PIC12HV752 ist für 100.000 Lösch-/Schreibzyklen und 40 Jahre Datenspeicherung garantiert. Der Flash-Speicher des PIC12HV752 entspricht zwar nicht genau der Funktionalität eines richtigen Daten-EEPROMs, eignet sich aber möglicherweise besser für viele Beleuchtungsanwendungen, um:

• Speichern einer eindeutigen Seriennummer (neu zuweisbar)

• Ein paar Einstellungen dauerhaft aufzeichnen (Strom, Spannung, Temperatur…)

• Kalibrierwerte dauerhaft aufzeichnen

• Machen Sie Aufzeichnungen

• Führen Sie eine nützliche Zählung durch

 

 

Der PIC12HV752 wird in 8-Pin-Gehäusen geliefert, eine Leistung, die durch seine hohe Integration und flexiblen internen Verbindungen ermöglicht wird.

Es enthält auch einige physisch relativ große Pakete wie DIP8 und SOIC8, die für Rapid Prototyping und Laborexperimente sehr nützlich sind.

Sie werden auch in winzigen Gehäusen wie dem 3 x 3 mm DFN geliefert, das kleine Abmessungen und einen relativ großen Abstand (0,6 mm) kombiniert, was eine einfache Verwendung und niedrige Montagekosten bedeutet.

 

 

Der PIC12HV752 wird nicht nur der günstigste Artikel in der Stückliste sein, beginnend bei 0,56 US-Dollar für Bestellungen von 10.000 Einheiten, sondern es sind einige zusätzliche Komponenten erforderlich, um eine vollständige Lösung bereitzustellen. Nehmen wir an, dass das Gerät zusätzlich zu den anderen Elementen, die bereits in den vorherigen Abschnitten erwähnt wurden, auch Folgendes integriert:

• Präzisionsoszillator (werkseitig auf 1 % eingestellt) mit wählbarem 8-MHz-Ausgang; 4MHz; 1MHz und 31kHz.

• Nullabgleichschaltungen bei angeschlossener Stromversorgung und Erkennung niedriger Netzspannung.

• Überwachungstimer.

• 4 Timer (3×8 Bit, 1×16 Bit).

• 1 PWM-Erfassungs- und Vergleichsmodul.

• Bias-Widerstände (Pull up/down) an jedem I/O-Pin.

• Programmier- und Debugging-Schnittstelle auf der Schaltung selbst.

 

Ich hoffe, diese zehn kurzen Abschnitte haben Ihnen dabei geholfen, die Vorteile der Wahl des Mikrocontrollers PIC12HV752 für die Entwicklung kleiner, kostengünstiger und effizienter Treiber für LEDs zu schätzen. In ähnlicher Weise kann jede andere DC/DC-Umwandlungsanwendung (z. B. kleine Netzteile und Batterieladegeräte), die die Intelligenz und Flexibilität eines Mikrocontrollers und die Benutzerfreundlichkeit eines analogen Schalters benötigt, die gleiche Integrationskombination nutzen Analog und Einfachheit.