開關(guān)模式LED驅(qū)動器的調(diào)光技術(shù)

　引言

　　LED發(fā)出的可見光的亮度概念相當(dāng)容易理解。

　　LED調(diào)光方法

　　對開關(guān)模式驅(qū)動電路的LED進行 調(diào)光有兩種常用方法：脈寬調(diào)制調(diào)光和模擬調(diào)光。兩種方法都對經(jīng)過LED 或LED串的時間平均電流進行控制，但在衡量兩種調(diào)光電路的優(yōu)缺點時，兩者之間的差異也很明顯。

　　圖1顯示采用降壓拓撲的一個 LED驅(qū)動器。Vin必須始終高于LED 和RSNS上的電壓之和。電感電流為LED電流。該電流通過監(jiān)控CS引腳的電壓進行調(diào)節(jié)。當(dāng)CS開始低于設(shè)置的電壓時，流經(jīng) L1、LED和RSNS的電流脈沖的占空比增加，從而增加LED的平均電流。

　　模擬調(diào)光

　　LED的模擬調(diào)光是對LED電流的每個周期進行調(diào)整。更簡單地說，它是不斷調(diào)整 LED的電流水平。

　　模擬調(diào)光可以通過調(diào)整電流檢測電阻 RSNS，或用模擬電壓驅(qū)動IC的某個調(diào)光功能引腳來完成。圖1顯示了模擬調(diào)光的兩個示例。

a.通過調(diào)整RSNS進行模擬調(diào)光

　　從圖1可以明顯看出使用固定CS 參考電壓時，RSNS值的變化將對應(yīng) LED電流的變化。如果可以找到能夠處理高LED電流，同時還可以提供 sub-1歐姆值的電位器，這將是LED調(diào)光的一個可行的方法。

　　b.通過用直流電壓驅(qū)動CS引腳實現(xiàn)模擬調(diào)光

　　更復(fù)雜的技術(shù)是通過用電壓驅(qū)動CS引腳直接控制LED每個周期的電流。通常將電壓源插入采樣LED電流的反饋回路，并通過放大器進行緩沖。LED電流可以通過放大器的增益進行控制。使用該反饋電路，可以實現(xiàn)電流和熱量返送之類的功能，以便進一步保護LED。

　　模擬調(diào)光的缺點在于發(fā)出光線的色溫會隨著LED電流的某個函數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)LED的顏色至關(guān)重要，或特定LED的色溫在LED電流變化時發(fā)生很大改變的情況下，通過改變LED電流，從而對LED的輸出進行調(diào)光將被禁止。

　　PWM調(diào)光

　　PWM調(diào)光方法，實際上是在一小段時間內(nèi)啟動和重新啟動LED電流。這個啟動和重新啟動循環(huán)的頻率必須快于人眼可以感知的速度，以免出現(xiàn)閃爍效果，通常情況下可以被接受的頻率為大約200Hz或更快。[!--empirenews.page--]

LED的調(diào)光現(xiàn)在與調(diào)光波形的占空比成正比，可由下面的公式控制：

　　IDIM-LED=DDIM×ILED

　　其中 IDIM-LED是LED平均電流，DDIM 是調(diào)光波形的占空比，ILED是當(dāng)選擇如圖 3 所示的 RSNS 時，額定 LED的 電流設(shè)置。

　　a.調(diào)制 LED 驅(qū)動器

　　許多現(xiàn)代LED驅(qū)動器具有專門的 PWM DIM引腳，可以接受較寬范圍的PWM頻率和振幅，從而與外部邏輯的接口變得非常簡單。DIM功能在關(guān)閉輸出驅(qū)動電路的同時，使內(nèi)部電路繼續(xù)工作，從而避免重新啟動IC造成的延遲。也可以使用輸出啟用引腳及其它邏輯關(guān)閉功能。

　b.雙線PWM調(diào)光

　　雙線PWM調(diào)光是用于汽車內(nèi)部照明的常見方法。當(dāng)VIN被調(diào)制為低于 VIN-NOMINAL的 70% 時，VINS引腳(圖2)檢測電壓的變化，并將PWM波形轉(zhuǎn)換為和輸出驅(qū)動電路相應(yīng)的PWM。這種方法的缺點是轉(zhuǎn)換器的電源必須包含一個電路，以便為其直流輸出提供 PWM 波形。

　　c.使用分流器的快速 PWM 調(diào)光

　　因為轉(zhuǎn)換器輸出的關(guān)閉和啟動的延遲，對PWM 調(diào)光頻率和占空比的范圍就具有了限制。為了幫助克服這種延遲，可以給LED或LED串并聯(lián)一個外部分流器(如圖3中所示的 FET)，以便使轉(zhuǎn)換器的輸出電流快速繞過LED。電感中的電流在“LED關(guān)閉期間”保持連續(xù)狀態(tài)，避免了電感基礎(chǔ)電流上升和下降時的較長延遲。延遲時間現(xiàn)在變?yōu)閷Ψ至髌魃仙拖陆禃r間的限制。圖3顯示裝有分流器FET的LM3406，以及使用DIM功能引腳與使用分流器FET時LED開/關(guān)延遲的比較圖形。在這兩種測量方法中，使用的輸出電容均為10nf，分流器FET為Si3458。

　　對電流模式轉(zhuǎn)換器的LED電流進行分流時應(yīng)小心謹慎，因為當(dāng)FET打開時，輸出電流會出現(xiàn)過沖。LM340x系列LED驅(qū)動器屬于接通時間受控轉(zhuǎn)換器，不會出現(xiàn)這種過沖。LED 的輸出電容應(yīng)保持較低狀態(tài)，從而盡可能提高開/關(guān)/開過渡速度。

　　快速調(diào)光與關(guān)閉輸出的缺點在于效率的損失。當(dāng)分流器打開時，VShunt device×ILED的功耗轉(zhuǎn)化為熱量。使用低 RDS-ON FET將最大限度地減少這種效率損失。

　　LM3409多種調(diào)光功能

　　美國國家半導(dǎo)體的LM3409是一種獨一無二的LED驅(qū)動器，可以輕松實現(xiàn)模擬和 PWM調(diào)光功能。在此部件上可以有四種方法實現(xiàn)LED調(diào)光：

　　1. 直接使用0V至1.24V的電壓源驅(qū)動IADJ引腳實現(xiàn)模擬調(diào)光;

　　2. 通過在IADJ引腳與Gnd之間放置電位器實現(xiàn)模擬調(diào)光;

　　3. 使用Enable引腳實現(xiàn)PWM調(diào)光;

　　4. 通過外部分流器FET實現(xiàn)PWM調(diào)光。[!--empirenews.page--]

     LM3409通過連接電位器實現(xiàn)模擬調(diào)光。內(nèi)部5mA電流源在RADJ上產(chǎn)生電壓，該電壓反之改變內(nèi)部電流檢測閾值。使用直流電壓直接驅(qū)動IADJ 引腳可以獲得同樣效果。

　　圖4顯示了測得的LED電流與IADJ引腳和Gnd之間的電位器電阻的關(guān)系圖。1Amp處的平頂表示最大額定LED電流，該值由圖4中所示的電流檢測電阻 RSNS設(shè)置。

　　圖 5將測得的LED電流顯示為IADJ引腳上的驅(qū)動直流電壓的函數(shù)。請注意RSNS設(shè)置了相同的最大LED電流。

　兩種模擬調(diào)光選項均可輕松實現(xiàn)并提供線性極強的調(diào)光性能，直到低至最大值10%左右的水平。

　　結(jié)語

　　有許多方法可以針對開關(guān)模式穩(wěn)壓器供電的LED進行調(diào)光。兩類主要的方法：PWM和模擬法均各有利弊。PWM調(diào)光可以顯著減少LED的顏色變化，與此同時，讓亮度水平發(fā)生變化，但前提是需要添加邏輯電路來產(chǎn)生PWM波形。模擬調(diào)光的電路更加簡單，但可能不適合那些要求恒定色溫的應(yīng)用。