開關(guān)模式LED驅(qū)動(dòng)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(duì)開關(guān)模式驅(qū)動(dòng)電路的LED進(jìn)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(duì)經(jīng)過LED 或LED串的時(shí)間平均電流進(jìn)行控制，但在衡量?jī)煞N調(diào)光電路的優(yōu)缺點(diǎn)時(shí)，兩者之間的差異也很明顯。

　　圖1顯示采用降壓拓?fù)涞囊粋€(gè) LED驅(qū)動(dòng)器。Vin必須始終高于LED 和RSNS上的電壓之和。電感電流為L(zhǎng)ED電流。該電流通過監(jiān)控CS引腳的電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)CS開始低于設(shè)置的電壓時(shí)，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(duì)LED電流的每個(gè)周期進(jìn)行調(diào)整。更簡(jiǎn)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(cè)電阻 RSNS，或用模擬電壓驅(qū)動(dòng)IC的某個(gè)調(diào)光功能引腳來完成。圖1顯示了模擬調(diào)光的兩個(gè)示例。

a.通過調(diào)整RSNS進(jìn)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(shí)，RSNS值的變化將對(duì)應(yīng) LED電流的變化。如果可以找到能夠處理高LED電流，同時(shí)還可以提供 sub-1歐姆值的電位器，這將是LED調(diào)光的一個(gè)可行的方法。

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

　　更復(fù)雜的技術(shù)是通過用電壓驅(qū)動(dòng)CS引腳直接控制LED每個(gè)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(jìn)行緩沖。LED電流可以通過放大器的增益進(jìn)行控制。使用該反饋電路，可以實(shí)現(xiàn)電流和熱量返送之類的功能，以便進(jìn)一步保護(hù)LED。

　　模擬調(diào)光的缺點(diǎn)在于發(fā)出光線的色溫會(huì)隨著LED電流的某個(gè)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(shí)發(fā)生很大改變的情況下，通過改變LED電流，從而對(duì)LED的輸出進(jìn)行調(diào)光將被禁止。

　　PWM調(diào)光

　　PWM調(diào)光方法，實(shí)際上是在一小段時(shí)間內(nèi)啟動(dòng)和重新啟動(dòng)LED電流。這個(gè)啟動(dòng)和重新啟動(dòng)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。

　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(shí)，額定 LED的 電流設(shè)置。

　　a.調(diào)制 LED 驅(qū)動(dòng)器

　　許多現(xiàn)代LED驅(qū)動(dòng)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(jiǎn)單。DIM功能在關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)電路的同時(shí)，使內(nèi)部電路繼續(xù)工作，從而避免重新啟動(dòng)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。

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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(shí)，VINS引腳(圖2)檢測(cè)電壓的變化，并將PWM波形轉(zhuǎn)換為和輸出驅(qū)動(dòng)電路相應(yīng)的PWM。這種方法的缺點(diǎn)是轉(zhuǎn)換器的電源必須包含一個(gè)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?yàn)檗D(zhuǎn)換器輸出的關(guān)閉和啟動(dòng)的延遲，對(duì)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(gè)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(shí)的較長(zhǎng)延遲。延遲時(shí)間現(xiàn)在變?yōu)閷?duì)分流器上升和下降時(shí)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(shí)LED開/關(guān)延遲的比較圖形。在這兩種測(cè)量方法中，使用的輸出電容均為10nf，分流器FET為Si3458。

　　對(duì)電流模式轉(zhuǎn)換器的LED電流進(jìn)行分流時(shí)應(yīng)小心謹(jǐn)慎，因?yàn)楫?dāng)FET打開時(shí)，輸出電流會(huì)出現(xiàn)過沖。LM340x系列LED驅(qū)動(dòng)器屬于接通時(shí)間受控轉(zhuǎn)換器，不會(huì)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(diǎn)在于效率的損失。當(dāng)分流器打開時(shí)，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(guó)國(guó)家半導(dǎo)體的LM3409是一種獨(dú)一無二的LED驅(qū)動(dòng)器，可以輕松實(shí)現(xiàn)模擬和 PWM調(diào)光功能。在此部件上可以有四種方法實(shí)現(xiàn)LED調(diào)光：

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

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

　　3. 使用Enable引腳實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光;

　　4. 通過外部分流器FET實(shí)現(xiàn)PWM調(diào)光。

LM3409通過連接電位器實(shí)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(cè)閾值。使用直流電壓直接驅(qū)動(dòng)IADJ 引腳可以獲得同樣效果。

　　圖4顯示了測(cè)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(cè)電阻 RSNS設(shè)置。

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

兩種模擬調(diào)光選項(xiàng)均可輕松實(shí)現(xiàn)并提供線性極強(qiáng)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(duì)開關(guān)模式穩(wěn)壓器供電的LED進(jìn)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(shí)，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(jiǎn)單，但可能不適合那些要求恒定色溫的應(yīng)用。