A Relatively Easy Way to Realize a Programmable LED Driver

實(shí)現(xiàn)可編程LED驅(qū)動(dòng)器更簡(jiǎn)單的方法

Thomas Brand

ADI公司

為響應(yīng)新能源法規(guī)的要求，LED正越來(lái)越多地被用作節(jié)能光源。與傳統(tǒng)燈具相比，它們具有決定性優(yōu)勢(shì)：能耗更低，壽命更長(zhǎng)，并且有各種顏色可供選擇。例如，借助LED，世界上最大的教堂——羅馬圣彼得大教堂，現(xiàn)在得以呈現(xiàn)于全新燈光下。通過(guò)智能控制系統(tǒng)，即使是其重要藏品最小的細(xì)節(jié)也可以通過(guò)預(yù)設(shè)的照明場(chǎng)景進(jìn)行一一呈現(xiàn)。這些數(shù)字控制系統(tǒng)集成了可編程LED驅(qū)動(dòng)器，因此可按需激活LED。圖1顯示了一個(gè)3通道LED驅(qū)動(dòng)器配置的示例。

數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)（在本例中為ADI公司的AD5686）的三個(gè)輸出電壓中的每一個(gè)都控制一個(gè)電壓-電流轉(zhuǎn)換器級(jí)，在每一級(jí)的負(fù)載路徑中放置獨(dú)立的LED，用于每個(gè)LED通道。所有三個(gè)轉(zhuǎn)換器級(jí)均由運(yùn)算放大器（運(yùn)放）ADA4500-2并連接一個(gè)用來(lái)控制LED電流的MOSFET實(shí)現(xiàn)。理論上，這個(gè)LED電流可以高達(dá)幾安培，具體取決于電壓源(VS)和負(fù)載電阻，在本電路中為2 Ω。因此，選擇合適的MOSFET非常重要。

DAC輸出電壓的質(zhì)量很大程度上取決于基準(zhǔn)電壓源V_REF。應(yīng)使用高質(zhì)量的基準(zhǔn)電壓源。ADR4520就是這樣一個(gè)例子，如圖1所示。它具有極低的噪聲、超高的長(zhǎng)期精度和出色的溫度穩(wěn)定性。

由于ADA4500-2的內(nèi)部設(shè)計(jì)，典型的軌到軌放大器具有一定的非線性和交越失真。它們的輸入級(jí)由兩個(gè)并聯(lián)的差分晶體管組成：PNP級(jí)（Q1和Q2）和NPN級(jí)（Q3和Q4），如圖2所示。

圖1.用于控制三個(gè)獨(dú)立LED的LED驅(qū)動(dòng)器的簡(jiǎn)化原理圖。

圖2.運(yùn)算放大器中的軌到軌雙極晶體管輸入級(jí)簡(jiǎn)化版。

根據(jù)所施加的共模電壓，兩組輸入對(duì)產(chǎn)生不同的失調(diào)電壓和偏置電流。如果共模電壓施加到放大器輸入端，與正或負(fù)電源電壓(V_S)相差小于0.7 V，則只會(huì)激活兩個(gè)輸入級(jí)中的一個(gè)。那么，僅會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)于有效級(jí)的誤差（失調(diào)電壓和偏置電流）。如果電壓升至0.8 V，則兩個(gè)輸入級(jí)都將激活。在這種情況下，失調(diào)電壓可能突然改變，導(dǎo)致所謂的交越失真和非線性。

相比之下，ADA4500-2具有集成的輸入端電荷泵，無(wú)需第二個(gè)差分對(duì)即可覆蓋軌到軌輸入范圍，從而避免了交越失真。ADA4500-2的其他優(yōu)勢(shì)還包括低失調(diào)、低偏置電流和低噪聲分量。

在這類電路中，必須注意負(fù)載/電流路徑中由LED連線產(chǎn)生的電感。導(dǎo)線通常為數(shù)米長(zhǎng)，如果沒(méi)有提供正確的補(bǔ)償，可能會(huì)導(dǎo)致異常的振蕩。此電路中的補(bǔ)償通過(guò)反饋路徑實(shí)現(xiàn)，它將由分流電阻測(cè)量的電流返回到運(yùn)算放大器的輸入。應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生的電感調(diào)整ADA4500-2上現(xiàn)有的電阻和電容電路。

利用圖1所示的電路，能夠更簡(jiǎn)易地實(shí)現(xiàn)可通過(guò)DAC編程以用于精確照明控制應(yīng)用的多通道LED驅(qū)動(dòng)器。根據(jù)特定需求進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以避免功能異常也是十分重要的。

結(jié)論

本文所述的電路顯示了創(chuàng)建可編程LED驅(qū)動(dòng)器更簡(jiǎn)單的方法，該驅(qū)動(dòng)器非常適用于需要緊湊、可擴(kuò)展、易于供電和高線性度電源的精確照明控制應(yīng)用。不過(guò)，尺寸必須適應(yīng)應(yīng)用的要求，以避免由于各種存在的電感（例如線路電感和寄生電感）引起的任何故障。

作者簡(jiǎn)介

Thomas Brand于2015年10月加入德國(guó)慕尼黑的ADI公司，當(dāng)時(shí)他還在攻讀碩士。2016年5月至2017年1月，他參加了ADI公司的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師培訓(xùn)生項(xiàng)目。之后在2017年2月，他開(kāi)始擔(dān)任現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程師職位，主要負(fù)責(zé)工業(yè)大客戶。此外，他還專注于研究工業(yè)以太網(wǎng)，并為中歐的相關(guān)事務(wù)提供支持。

他畢業(yè)于德國(guó)莫斯巴赫的聯(lián)合教育大學(xué)電氣工程專業(yè)，之后在德國(guó)康斯坦茨應(yīng)用科學(xué)大學(xué)獲得國(guó)際銷售碩士學(xué)位。聯(lián)系方式：thomas.brand@analog.com。