wersja mobilna
Online: 560 Wtorek, 2016.12.06

Technika

STLUX385A - cyfrowy sterownik do systemów oświetlenia ledowego

poniedziałek, 11 sierpnia 2014 11:50

STMicroelectronics wprowadza na rynek środowisko projektowe STLUX, na które składają się płytki demonstracyjne, biblioteki oprogramowania, graficzne oprogramowanie konfiguracyjne, kompilator. Całość razem tworzy zestaw umożliwiający rozpoczęcie pracy i tworzenie projektów wydajnego oświetlenia ledowego w oparciu o kontroler STLUX385A. Układ ten jest zalążkiem rodziny sterowników systemów oświetlenia diodowego sterowanym w sposób cyfrowy z wykorzystaniem protokołu DALI (Digitally Addressable Lighting Interface), będącego uznanym na świecie standardem komunikacyjnym w systemach oświetleniowych.

Rys. 1. Struktura wewnętrzna kontrolera STLUX385A

Konstrukcja układu bazuje na sześciu generatorach PWM typu SMED (State Machines Event Driven) zapewniających krótki czas reakcji rzędu 10 ns - znacznie szybszych w porównaniu z rozwiązaniami bazującymi na układach peryferyjnych mikrokontrolerów a zwłaszcza tymi, które wykorzystują przerwania do generowania sygnałów PWM.

Poza tym są cztery komparatory analogowe z wewnętrznymi napięciami referencyjnymi, przetwornik ADC z 8-kanałowym multiplekserem, 32 KB pamięci Flash, mikrokontroler ST8 z zaimplementowaną natywną wersją protokołu DALI zgodną z IEC 60929 and IEC 62386 oraz szeregowe interfejsy komunikacyjne, za pomocą których można programować parametry kontrolera i monitorować jego parametry (rys. 1).

SMED i peryferie

Rys. 2. Programowalna matryca połączeń układów wewnętrznych

Od strony sprzętowej wyróżnikiem kontrolera STLUX385A są generatory PWM typu SMED taktowane sześcioma niezależnymi i działającymi autonomicznie programowalnymi układami zegarowymi z rozdzielczością dochodzącą do 1,3 ns. Pozwalają one na realizację układu sterowania bazującego na sygnałach zewnętrznych i wewnętrznych kontrolera, bez nadzoru oprogramowania, z czasem reakcji na zdarzenia sięgającym 10 ns, co wynika z taktowania zegarem o częstotliwości 96 MHz i układu automatycznego ditheringu.

Jest to znacznie lepszy wynik w porównaniu z tradycyjnymi rozwiązaniami sprzętowymi i daleko lepszy od rozwiązań programowych. Konfigurowanie każdego z 6 dostępnych generatorów SMED następuje z poziomu wbudowanego w strukturę kontrolera mikrokontrolera za pomocą 15 rejestrów sterujących. SMED (analogicznie jak inne automaty cyfrowe) może znajdować się w jednym z czterech stanów stabilnych S0-S3 i w trybie hold.

Przejścia pomiędzy stanami programuje się, definiując zdarzenia, które wywołują przełączenia i tym samym zmianę sygnału wyjściowego PWM (synchroniczne lub asynchroniczne). Zmiana stanu może następować na skutek informacji zewnętrznych napływających z końcówek I/O lub układów wewnętrznych, jak na przykład timery.

Co więcej, podczas zmiany stanu układ SMED może generować przerwanie w mikrokontrolerze nadzorującym pracę systemu. Po skonfigurowaniu przejść i taktowania SMED działają autonomicznie, ale jednocześnie mogą być łączone w grupy. Taki sposób działania pozwala na generowanie za pomocą układów PWM sygnałów wyjściowych o znacznie większej dokładności i częstotliwości wyjściowej.

Fot. 3. Przykładowy projekt aplikacji oświetleniowej o mocy 200 W

Sześć dostępnych układów SMED może pracować niezależnie od siebie (single), pojedynczo razem synchronicznie lub asynchronicznie a także dwójkami w podobnych układach, przez co impulsy wyjściowe mogą być łączone w jeden strumień albo przeplatane między sobą (rys. 2).

Powiązanie jednostek SMED z sygnałami wejściowymi realizowane jest programowo za pomocą matrycy połączeń. Pozwala ona na sterowanie stanem SMED za pomocą zewnętrznych linii cyfrowych, wyjść komparatorów wewnętrznych, wyjściowych sygnałów z innych PWM oraz zdarzeń programowych.

Inne układy zawarte w kontrolerze STLUX385A to m.in. 4 komparatory analogowe o czasie propagacji sygnału maks. 50 ns, przeznaczone do wykrywania przejścia sygnału przez zero lub wykrywania stanów alarmowych prądów lub napięć. Jest też 10-bitowy przetwornik A/C z 8-kanałowym multiplekserem (faktycznie to sekwencerem pozwalającym na odczyt kolejno 8 próbek z różnych miejsc) i wzmacniaczem o programowalnym wzmocnieniu ułatwiającym aplikowanie sterownika w większości potencjalnych systemów i dają możliwość podbicia rozdzielczości konwersji do 12 bitów.

Interfejs DALI

DALI, czyli szeregowy cyfrowy protokół komunikacyjny dla układów oświetleniowych, to standard zdefiniowany w normie IEC 929 i przeznaczony do tworzenia inteligentnych instalacji oświetleniowych, głównie balastów lamp wyładowczych i lamp LED. Implementacja DALI w kontrolerze STLUX wyróżnia się wbudowanym filtrem szumów poprawiających działanie interfejsu w środowiskach o dużym poziomie zakłóceń lub przy dużej odległości, obsługą trzech szybkości transmisji z taktowaniem 1,2, 2,4 i 4,8 kHz oraz komunikatów 16-, 17-, 18-, i 24-bitowych. Interfejs komunikacyjny zapewnia dwukierunkową komunikację przy dowolnej polaryzacji sygnałów, co poprawia interoperacyjność z innymi urządzeniami.

Mikrokontroler na pokładzie

Fot. 4. Balast do lampy LED o mocy 100 W

Wbudowany w układ kontrolera mikrokontroler ST8 ma wbudowaną pamięć Flash o pojemności 32 KB z gwarancją podtrzymania danych na 15 lat w temperaturze +85°C, pamięć EEPROM z funkcją RWW i korekcją błędów ECC oraz 2 KB RAM. Standardowe układy peryferyjne uzupełnia m.in. watchdog, tryby ograniczonego poboru mocy, generator zegarowy bazujący na oscylatorze RC i pętli PLL oraz interfejsy UART, I²C i wiele linii IO.

Zakres temperatur pracy kontrolera wynosi od -40 do +105°C, co umożliwia aplikacje poza budynkami jak lampy uliczne. Układ produkowany jest w obudowie TSSOP38 i warto dodać, że każdy egzemplarz zawiera unikalny 56-bitowy numer seryjny pozwalający na zwiększenie bezpieczeństwa komunikacji i prewencji przed nieautoryzowanym dostępem do komunikacji.

Aplikacje i zestawy ewaluacyjne

Fot. 5. Płytka ewaluacyjna kontrolera

Uniwersalny układ sprzętowy kontrolera pozwala na wykorzystanie go jako głównego sterownika w aplikacjach oświetleniowych (zasilacze do LED i balasty do lamp HID) i systemach zasilających w topologiach buck i boost, w układach mostkowych falowników, a nawet przetwornicach rezonansowych. Narzędzia projektowe dla STLUX385A takie jak kompilator C i środowisko IDE dostarcza firma Raisonance.

Dostępny jest też programator/debugger RLink (USB/JTAG). Przykładowy projekt aplikacji oświetleniowej bazującej na STEVAL-ILL057V1 o mocy wyjściowej 200 W i 4 kanałach oświetleniowych z regulacją jasności na LED-ach pokazano na fotografii 3. Jest to kompletny zasilacz o konfigurowalnych parametrach w 4 niezależnych kanałach zasilających wykorzystujących modulację PWM.

Każdy kanał zasilający zawiera konwerter w topologii obniżającej napięcie (Buck), który dostarcza prądu o regulowanym cyfrowo natężeniu, bazując na modulacji FOT (fixed off-time) ze stałym czasem wyłączenia przełącznika mocy. Wydajność każdego kanału zasilającego można regulować w zakresie 1 A - 250 mA przez DALI lub trzy przyciski umieszczone na płytce. Wyjścia są w pełni zabezpieczone przed przeciążeniem lub rozwarciem. W ofercie STMicroelectronics są też inne płytki demonstracyjne jak STEVAL-ILL066V1 o mocy wyjściowej 100 W pokazany na fotografii 4 lub płytka ewaluacyjna samego kontrolera - fotografia 5.

Robert Magdziak

 

Firmy w artykule