數(shù)字信號(hào)控制器將智能控制和通信融合到LED照明中

　　LED照明正在改變?nèi)藗兪褂谜彰鞯姆绞?，繼而開啟設(shè)計(jì)人員將智能控制和色彩混合融合到LED照明裝置的新機(jī)遇。DSC可推動(dòng)眾多應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新：從汽車頭燈和尾燈到最先進(jìn)的燈光秀，后者可將一個(gè)公共建筑變?yōu)橐患囆g(shù)品。

　　LED的高能效、調(diào)光功能和壽命長(zhǎng)的獨(dú)特結(jié)合使變色照明裝置更加高效、成本更低且更易實(shí)現(xiàn)。再結(jié)合數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)即可實(shí)現(xiàn)高效的LED驅(qū)動(dòng)和準(zhǔn)確的色彩控制以及與外界的通信。所有這些特性為設(shè)計(jì)人員開發(fā)頗具特色的下一代LED照明裝置提供了較大的空間。

　　亮度越高，越復(fù)雜

　　低功耗指示燈LED在眾多產(chǎn)品中占據(jù)著重要位置且大多數(shù)工程師熟知其簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)：他們所需要的只是一個(gè)電源和一個(gè)具有合適阻值的串聯(lián)電阻，以保持LED的電流低于小于5 mA的典型值。設(shè)計(jì)人員可將LED連接到單片機(jī)上的GPIO引腳使之閃爍。然而，將高亮度、高電流LED(正向電流超過350 mA)串聯(lián)在一起，簡(jiǎn)單的LED設(shè)計(jì)卻會(huì)變得相當(dāng)復(fù)雜。此時(shí)，除了溫度變化和LED本身產(chǎn)生的極高溫度以外，設(shè)計(jì)人員還面臨控制電流的挑戰(zhàn)。

　　圖1:光通量與正向電流成正比

　　智能電流控制

　　高亮度LED需要保持相對(duì)較高的恒定電流才能保持亮度和色彩。圖1顯示了LED的光通量與流經(jīng)LED的正向電流(IF)的比例關(guān)系。因此，保持正向電流恒定對(duì)于實(shí)現(xiàn)一致的色彩和光輸出至關(guān)重要。采用簡(jiǎn)單的電阻與LED串聯(lián)電路時(shí)，可通過以下公式確定正向電流：

　　(IF = (VSource-VF)/R)

　　當(dāng)電源電壓(VSource)變化時(shí)，正向電流將跟著變化，從而導(dǎo)致LED發(fā)出的光能量也發(fā)生變化。因此，需要使用一個(gè)可有效調(diào)節(jié)正向電流的電源來驅(qū)動(dòng)LED.

　　溫度控制

　　通常，LED的正向電壓(VF)隨著溫度的升高而增大，即使在正向電流恒定和穩(wěn)定的情況下也是如此。圖2顯示了未適當(dāng)調(diào)節(jié)的正向電流與LED的正向電壓保持一致變化的情形，并解釋了為何控制流經(jīng)LED的正向電流比控制正向電壓更重要。

　　圖2:正向電壓的變化對(duì)正向電流的影響

　　高功耗LED本身產(chǎn)生的大量熱量可導(dǎo)致LED壽命明顯降低并可能過早損壞。對(duì)于每個(gè)設(shè)計(jì)來說，有效控制LED的正向電流就需要根據(jù)目標(biāo)正向電流和預(yù)估正向電壓來確定散熱水平。使用溫度傳感器還可監(jiān)視可能的過熱情況。

　　準(zhǔn)確的色彩控制

　　LED幾乎可以立即改變其光輸出這一事實(shí)，使其成為了需要快速改變色彩的燈具的理想之選。通過使用一系列紅色、綠色和藍(lán)色LED便可產(chǎn)生任意一種顏色，而我們只需調(diào)整每個(gè)LED的亮度。一種方法是簡(jiǎn)單地增大或減小每個(gè)LED的正向電流。但該方法的問題是，改變正向電壓不僅會(huì)改變亮度，還會(huì)使LED的輸出光顏色略微改變，這對(duì)需要準(zhǔn)確色彩的應(yīng)用來說是個(gè)問題。

　　另一種方法是使用脈沖電流，它可提供相同的調(diào)光效果，而輸出光顏色不會(huì)有感知上的變化。如圖3所示，紅色虛線表示平均脈沖電流在產(chǎn)生亮度變化的同時(shí)卻保持流過LED的正向電流恒定，因此，不會(huì)改變感知色彩。

　　圖3:產(chǎn)生正向電流脈沖以更改感知亮度

　　數(shù)字調(diào)光控制

　　使用數(shù)字信號(hào)控制器(DSC)極大地簡(jiǎn)化了采用脈沖電流技術(shù)的調(diào)光過程。許多DSC上的高級(jí)PWM模塊可用來生成PWM信號(hào)，這些信號(hào)用來控制LED的功率級(jí)。這些PWM模塊具有可快速、準(zhǔn)確關(guān)閉PWM 輸出的“改寫輸入”,支持控制流經(jīng)LED的電流，從而對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光。調(diào)光量量化為介于零和表示最大亮度的值之間的數(shù)字。要將LED設(shè)置為50%亮度，計(jì)數(shù)器將從零計(jì)數(shù)到255并在計(jì)數(shù)到128時(shí)觸發(fā)PWM 改寫。然后，PWM輸出關(guān)斷以消除LED電流。當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到其最大值255時(shí)，復(fù)位為0并重新使能PWM.當(dāng)需要對(duì)LED進(jìn)行調(diào)光時(shí)重復(fù)該過程以產(chǎn)生脈沖電流，如圖4所示。通常使用400 Hz以上的頻率來確保調(diào)光頻率足夠快，這樣人眼才不會(huì)察覺到LED閃爍。