如何实现PWM调光调色与可控硅调光？

一、 PWM调光调色介绍

由LED专用驱动芯片进行调光，MCU只需要给出PWM信号即可进行亮度调节。例如晶丰明源的BP2886，是一款PWM调光非隔离降压型LED恒流驱动芯片。这种方案的典型特征是有两路调光，一路调白光，一路调黄光，LED驱动芯片旁边带有一个像变压器的大电感。

MCU只需要给出PWM信号即可进行亮度调节，通常PWM调光信号的频率选2K，占空比0% ~ 100% 对应LED灭到全亮。

调色即白光和黄光混合一起，白光为冷光，黄光为暖光。白光占比越多，色调越冷，黄光占比越多，色调越暖。

色温0%~50%~100% 对应的是 只有白光~白光、黄光同样亮度~只有黄光。

MCU调光PWM输出占空比计算公式

LED_Bright为灯亮度百分比，LED_Temp为灯色温百分比

Duty_White为MCU调白光的PWM输出占空比

Duty_Yellow为MCU调黄光的PWM输出占空比

则有

（1）当LED_Temp < 50%时

Duty_White = LED_Bright

Duty_Yellow = LED_Bright x ( LED_Temp / 50%)

（2）当LED_Temp > 50%时

Duty_White = LED_Bright x ((100% - LED_Temp) / 50%)

Duty_Yellow = LED_Bright

（3）当LED_Temp = 50%时

Duty_White = LED_Bright

Duty_Yellow = LED_Bright

二、 可控硅调光

可控硅(Silicon Controlled Rectifier) 简称SCR，是一种大功率电器元件，也称晶闸管。

可控硅的特点是“一触即发，过零关断”。控制极的作用是通过外加正向触发脉冲使晶闸管导通，却不能使它关断。当晶闸管阳极和阴极之间外加的是交流电压或脉动直流电压，那么在电压过零时，晶闸管会自行关断。

因此根据晶闸管的特性，需要一个过零检测电路，来确定交流输入的过零点的时刻，通常我们选用光耦来进行过零点检测。过零点检测的光耦有两种，单向型，和双向型。

（1）单向型，交流电的正半周波形到来时，1、2脚正向电压导通，控制光耦的3、4脚接通，使得过零点信号接地，是低电平。交流电负半周波形到来时，1、2脚不导通，光耦3、4脚关断，此时过零信号是由5V上拉提供，高电平。

由于光耦的导通有个导通电压存在，因此正半周期的过零点，光耦会延迟导通，负半周的过零点光耦会提前关断。最终产生的过零信号是高、低电平时长不对称的方波，高电平时长会比低电平时长要稍微长一些。

（2）双向型光耦

双向型的光耦，在交流电过零点处产生的是脉冲信号。

MCU通过检测零检测电路的信号后，通过延时一定的时间然后打开可控硅，从而控制可控硅的导通角，通过导通角来实现控制功率输出的大小。如下图所示，在过零检测电路输出的矩形波期间用微控制器产生脉冲控制可控硅的导通时间从而能有效地控制功率的输出，这叫移相控制，又叫斩波控制。

还有一种控制方式，在设定的周期Tc内，Tc通常为一秒，触发信号使主回路接通几个周波，再断开几个周波，改变可控硅在设定周期内的通断时间比例，以调节负载上交流电的平均功率，即可达到调节功率负载的目的。这叫零位控制，又叫丢波控制。

斩波方式的电压稳定性好，缺点是会产生谐波，常用于灯泡调光。

丢波方式好处是几乎没有谐波，但电压分布不均匀，用于常用于惯性大的功率负载调功，例如发热丝的控制。

调光方案具体介绍：

可控硅控制电路

过零检测电路

以单向型光耦为例，由于光耦存在导通电压，所以过零信号会正负半周不相等，同时又考虑到可控硅触发后只能过零自然关断的特性，所以只能选交流过零后的边沿跳变作为延时触发导通的计时开始信号。

因此，我们除了需要用一个定时器做可控硅的延时触发，还需要另一个定时器的一个通道做过零点信号的捕获，同时还需要这个定时器的过零中断，对于50Hz的交流电，需要做10ms计时，在过零中断中再次触发用于可控硅控制的定时器。

三、 注意事项

（1） 示波器探头接地夹注意事项

示波器的电源插头需要去掉接地，只保留L和N两个插针，不然测高压交流电信号是容易炸板。

示波器的探头接地夹，4个通道都是共用一个地，所以只能接整流桥过后的直流侧的GND，切记不可以即接直流侧的GND，又接交流测AC~L和AC~N，这会直接炸板！

如果需要测MCU侧的信号，又需要测高压侧的交流220V的电信号，则需要使用隔离探头进行测高压交流220V的电信号，不仅仅是高压交流和低压直流侧需要这样。两侧信号有使用光耦隔离或者其他隔离方式，两侧的地的电平不是一致的时候，千万不要用示波器的接地夹子两边都夹，会炸板，而是应该一侧统一用示波器的接地夹，另一侧要用隔离探头的隔离地的接地夹。

（2）有的客户为了节约成本，过零检测电路会改用三极管替代光耦的电路做过零检测，具体电路如下图所示。

这个电路虽然也能够指示过零点，但干扰信息也很多，对过零信号的处理需要运用到一些技巧。

电机运行时会对过零信号产生干扰，如下图所示，过零信号的高电平持续时间内，随着电机驱动的MOS管打开，过零信号的电平便会出现往下掉到0V的凹陷，使得过零信号出现很多个上升沿和下降沿，对零电判断造成干扰。

 解决方法：遵循上升沿触发一次后，要等下降沿触发完毕之后才能再次触发，对于下降沿的处理也是如此。

考虑到50Hz交流电的正负半周对应时长应该各占10ms，但过零信号由于存在导通电压，所以过零信号的波形高低电平时长占比不同。

所以为了避开干扰，在第一次捕捉到上升沿，触发可控硅定时器，同时触发自身10ms计时后，就加个锁，不允许再触发以避开高电平时间段内出现的凹陷信号的干扰。这样从第一次上升沿捕捉延时10ms一次，在捕获过零信号的定时器回零中断中，再触发一次可控硅定时器，用于交流电负半周的控制，再延时5ms后开锁，允许上升沿重新触发可控硅控制定时器。

（3）示波器探头对过零信号的干扰

示波器探头上本身就有100pF电容，而且示波器接地对电路板本身也会有影响，如下图所示，接上示波器后，会看到黄色过零信号正负半周不仅与实际过零点出现了相位偏移，还出现了正负半周的信号电平时长发生了改变，去掉了示波器探头之后就恢复正常了。

有时候示波器探头的接地夹子接入电路板后，之前过零信号上出现的干扰消失了，过零信号得到了改善，这时候你需要调整电容值看是否能达到接入示波器接地夹子的效果，如果不行，就尝试调整滤波电容的位置，或者是PCB上的接地回路。

（4）过零信号上升缓慢，或者信号幅值过小

这个就需要调整交流测的分压阻值，或者是调整MCU这一侧的滤波电容的容值