基于MC9RS08KA2的高亮度LED应用方案

　
其中tON 是SW1 闭合的时间。VOUT 是设备RL上的电压。同样，处于断流状态时，电感电流在SW1 打开期间下降，电流的最大变化可以使用以下公式计算：


　其中tOFF 是SW1 打开的时间。VD 表示二极管上的电压。假设tON 与tOFF 之和是开关时间的总长短T，那么tON 亦可以计算为：


其中D 是闭合时间的占空比。在理想情况下，逆向二极管的压降VD 为零，打开和关闭状态之间的电感电流之和是恒定的。如公式（4）所示，我们可以很容易地推断出来，buck 变换器的输出电压增益等于占空比D 而且永远小于1。

　
公式（1）和（2）定义了输出负载上的最大纹波电流。如果定义了可接受的纹波电流IL、开关频率SW1（1/T）、电源电压VIN 和目标输出电压VOUT，则可以通过公式（1）和（3）计算出所需的电感值。

　闭环控制

　　使用 buck 变换器驱动HB-LED 时，系统必须能够保持恒定的输出电流。输出电压或输出电流通过改变电源开关SW1 的占空比直接进行控制。非常普遍的做法是采用低欧姆电阻（通常1Ω - 5Ω）作为电流感应器来监控HB-LED 的正向电流。该电阻将正向电流转换成电压，并与恒定参考电压VREF 进行比较。VREF 是预先定义的，而对应于所需的目标负载电流。如果电流感应器电压高于参考电压，则表示负载电流高于目标电流。反馈环路会减少占空比D 来驱动电源开关。相反，如果电流感应器电压低于参考电压，占空比D 则会增加。图3 为闭环控制buck 变换器的示意图。

图3：闭环控制Buck变换器 在某些情况下，电源电压VIN 并不稳定，比如在利用电池为系统供电时。无论采用什么电源，要让输出电流保持一个恒定水平，就必须使用独立于电源电压的一个参考电压VREF。在所有备有模拟数字转换器（ADC）或模拟比较器（ACMP）的飞思卡尔S08 和RS08 MCU 芯片系列，内部都带有隙电压参考。该参考电压独立于MCU 的电源电压VDD，通过MCU 中的专用控制寄存器启动。 　　MC9RS08KA2 系统 　　对于普通的 HB-LED 应用，MCU 控制系统的反馈回路。它测量HB-LED 正向电流并调节电源开关的占空比，将HB-LED 亮度保持在目标水平。因此，MCU 必须至少具有PWM驱动功能。通常情况下，30KHz -100KHz 的PWM输出频率就足够了。此外，MCU 应当能够执行电压测量，这是闭环控制系统必需的。 　　许多飞思卡尔MCU 都能用于HB-LED 照明应用。对于一般的HB-LED 应用，可以使用MC68HC908Qxx 系列。它支持8 针脚封装，并带有专用的PWM 模块和模拟数字转换（ADC）模块。对于成本敏感型应用，可以使用MC9RS08KA2。它也支持8 针脚封装，不带芯片ADC，但包括模拟比较器 (ACMP)，这对HB-LED 应用来说也已经足够了。 　　图4 是基于MC9RS08KA2 的简单buck 变换器系统示意图。在很多情况下，应用电源电压VIN 与MCU 的电源电压（VDD）不同。有时需要使用特定的电压调节器（可以是一个简单的接地齐纳二极管）将VIN 降低到MCU 操作范围VDD。此外还需要电平转换器，使MCU 能够拨动电压高于MCU VDD 的高端开关SW1。 图4：基于MC9RS08KA2 的buck变换器系统 　 HB-LED 的正向电流是通过电阻器RSENSE 测量的。KA2 收集电压测量VSENSE 值，并与简易电位计创建的固定参考电压VREF 进行比较。如果VSENSE 高于VREF，表示HB-LED 正向电流高于目标值。这时KA2 会逐渐降低驱动SW1 的占空比，直到VSENSE 降低到参考值以下。相反，当VSENSE 低于VREF 时，占空比会逐渐增加，直到VSENSE 增加到VREF 以上。 　　亮度控制 　　HB-LED 驱动电流由参考电压VREF 定义。如图4 所示，VREF 由一个简易电位计定义。VREF 的变化是通过改变电位计电压进行的。图4 显示了实现这一目标的简易方法。KA2 的一个通用输入输出端（如PTA5）将一个附加电阻器R3 连接到电位计上。当选择PTA5 作为输入端时，它便成为高阻抗，R3 漂浮不定，电位计输出只由R1 和R2 定义。如果需要更低的参考电压，PTA5 就变为低位输出，通过R3的附加电流会降低参考电压。随着VREF 的降低，HB-LED 正向电流会相应地调节而改变亮度水平。利用相同的方法可定义出更多的参考点来输入更多亮度水平。 　　电源电压的补偿 　　如果应用只需一个亮度水平，就无需将电位计连接到 KA2 模拟比较器的端子上。KA2 比较器的正极端子已备有内部带隙电源，VSENSE 可以利用此电源电压参考进行比较。KA2 上有一个专用控制位可用于启动此电压参考。当该参考启动时，相应的MCU 针脚变成通用输入输出端。带隙电源电压水平固定在1.24V 而不受MCU 电源电压VDD 的影响。 　　无论VIN 的变化是否反应到MCU VDD 上，通过对比VSENSE 和固定参考点1.24V，MCU 可以调节PWM 的占空比，从相应地补偿VIN a 的变化，而令输出电流保持一个恒定水平。