Mikrokontrolery 78K0 do systemów oświetleniowych

Wzrost kosztu energii dostarczanej do urządzeń oświetleniowych oraz wymogi w zakresie ekologii sprawiły, że od pewnego czasu zaczęto zwracać coraz większą uwagę na systemy oświetleniowe jako potencjalne źródło oszczędności. Wynikiem tego było m.in. przejście z żarówek tradycyjnych na żarówki fluorescencyjne oraz z dedykowanych układów scalonych na mikrokontrolery. Umożliwia to bardziej precyzyjną regulację natężenia światła oraz zaimplementowanie funkcji komunikacyjnych umożliwiających m.in. zdalną regulację natężenia światła w różnych warunkach oświetlenia zewnętrznego.

Ze względu na mały pobór mocy coraz bardziej popularne stają się systemy oświetleniowe bazujące na diodach LED, zwłaszcza po opracowaniu miniaturowych diod o bardzo dużej jasności. Stosowane w tym zakresie układy sterowania wymagają jednak szeregu funkcji komunikacyjnych oraz funkcji kontroli jasności, koloru i warunków termicznych. Idealnie do tych zadań nadają się mikrokontrolery 8-bitowe 78K0/Ix2 wprowadzone na rynek w ostatnim czasie przez firmę NEC Electronics. Mogą one być stosowane w systemach oświetleniowych wykorzystujących diody LED i lampy fluorescencyjne. Cechą wyróżniającą je spośród innych podobnych mikrokontrolerów jest wewnętrzne 4-kanałowe źródło prądowe przystosowane do zasilania matryc diod LED.

Oferta obejmuje obecnie 14 typów mikrokontrolerów serii 78K0/IY2, 78K0/IA2 i 78K0/IB2 zamykanych w obudowach odpowiednio 16- 20- i 30-wyprowadzeniowych. Ich zaletami w systemach oświetleniowych są przede wszystkim mały koszt, duża sprawność energetyczna, zaawansowane funkcje sterowania oraz szeroki zakres temperatur pracy od -40ºC do +105ºC. Struktura wewnętrzna obejmuje m.in. dwa 16-bitowe timery z szybkimi wyjściami PWM, trzy komparatory i wzmacniacz operacyjny. Najważniejsze zalety układów 78K0/Ix2 można przedstawić w 6 punktach:

1. Wbudowany inwerter i układ regulacji jasności diod LED

Dwa 16-bitowe timery PWM i szybki oscylator zapewniający częstotliwość taktowania do 40 MHz umożliwiają precyzyjną kontrolę jasności. Każdy z timerów zawiera dwa wyjścia, co pozwala na równoległe 4-kanałowe sterowanie jasnością i kolorem diod LED. Mikrokontrolery 78K0/Ix2 są też wyposażone w regulator napięcia i detektor niskonapięciowy.

2. Ciągła kontrola wyjścia PWM

Wbudowane komparatory z wyjściami podłączonymi do timera PWM pozwalają automatycznie wykryć stany awaryjne, np. nadmiernego wzrostu prądu lub napięcia i wyłączyć wyjście PWM bez interwencji mikrokontrolera sterującego. Zapewnia to znacznie większą szybkość działania niż w przypadku mechanizmu bazującego na generacji przerwań do mikrokontrolera.

3. Wewnętrzna kontrola PFC

Zewnętrzne wejście przerwania, wbudowane komparatory i 16-bitowe timery PWM w połączeniu ze stosunkowo dużą mocą obliczeniową 78K0 pozwalają na realizację układu korekcji współczynnika PFC bez konieczności instalowania zewnętrznych układów dedykowanych.

4. Mały pobór mocy

Wykorzystanie tych samych technologii oszczędnościowych co w przypadku 16-bitowych mikrokontrolerów produkcji NEC pozwoliło obniżyć pobór prądu do 0,3µA w trybie standby i do 260µA w stanie aktywnym przy częstotliwości taktowania 1 MHz.

5. Rozszerzony zakres temperatur pracy

Szeroki dopuszczalny zakres temperatur otoczenia od -40ºC do +105ºC wykracza poza wymogi modułów oświetleniowych.

6. Wbudowany protokół komunikacyjny

Dedykowany układ komunikacyjny z obsługą schematu kodowania/dekodowania Manchester i interfejsu cyfrowego DALI (digital addressable lighting interface) ułatwia kontrolę wielu modułów oświetleniowych połączonych w sieć.

Do mikrokontrolerów 78K0/IY2, 78K0/IA2 i 78K0/IB2 producent dostarcza szereg narzędzi sprzętowych i programowych wspomagających proces projektowania. Są to m.in. zintegrowane środowisko projektowe PM+, debuggery MiniCube2 i IECube, programator PG-FP5 oraz płytki prototypowe do układów sterowania matrycami diod LED i lampami, wyposażone m.in. w interfejsy USB i DALI.