數(shù)字控制LED 點(diǎn)亮生活新色彩

　　電子發(fā)光設(shè)備無(wú)處不在，能夠投射任意顏色的燈飾也越來(lái)越普遍。LED引領(lǐng)著變色燈飾向更高效、更易于獲取及成本更低的方向發(fā)展。借助LED，設(shè)計(jì)人員找到了效率、混色調(diào)光功能以及長(zhǎng)使用壽命的獨(dú)特組合。采用數(shù)字信號(hào)控制器（DSC）可對(duì)LED進(jìn)行數(shù)字控制，這使得燈飾兼有智能和與外界通信的能力。設(shè)計(jì)人員可以利用這些功能自由發(fā)揮，在LED燈飾中實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)新和令人興奮的功能。

　　大多數(shù)工程師非常熟悉典型的低功耗LED指示燈，無(wú)論是表面貼裝還是經(jīng)典的直插式封裝。使用這些LED指示燈只需一個(gè)電壓源和一個(gè)阻值適當(dāng)?shù)拇?lián)電阻，以使LED的電流符合規(guī)范——通常小于5 mA。將LED與單片機(jī)的GPIO引腳連接，便可實(shí)現(xiàn)最常見(jiàn)的應(yīng)用之一——閃爍的LED。但是，如果將10個(gè)正向電流超過(guò)350 mA的高亮度、高電流LED串聯(lián)在一起，所有這些簡(jiǎn)單性便蕩然無(wú)存了。

　　圖1：光通量與正向電流成比例關(guān)系

　　高亮度LED的首要問(wèn)題是，如何有效維持高恒定電流，以保持其亮度和顏色。如圖1所示，LED的光通量（LED發(fā)出的光量的有效量度）與通過(guò)LED的正向電流相關(guān)。這表明，要實(shí)現(xiàn)一致的顏色和光輸出，需要使通過(guò)LED的正向電流（IF）保持恒定。如果考慮單純將一個(gè)電阻與LED串聯(lián)的情況，正向電流可通過(guò)如下公式確定：IF = （VSource-VF）/R。當(dāng)源電壓（VSource）變化時(shí)，正向電流（IF）也將波動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致LED發(fā)出的光量發(fā)生變化。這清楚地表明，用來(lái)驅(qū)動(dòng)LED的電源需要能有效調(diào)節(jié)LED的正向電流。通常，LED和二極管的一個(gè)特性是，正向電壓（VF）會(huì)隨著溫度的升高而增大——即使正向電流恒定且經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)也是如此。如圖2所示，如果當(dāng)LED的正向電壓發(fā)生變化時(shí)，倘若不對(duì)正向電流進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)，則正向電流也將增大。這再次說(shuō)明了需要適當(dāng)調(diào)節(jié)通過(guò)LED的正向電流，而不是正向電壓。

　　圖2：正向電壓的變化對(duì)正向電流的影響

　　另一個(gè)主要挑戰(zhàn)是發(fā)熱。高功耗LED會(huì)發(fā)熱——非常熱。過(guò)熱會(huì)大幅縮短LED的使用壽命，還可能導(dǎo)致LED過(guò)早出現(xiàn)故障。通過(guò)有效控制LED的正向電流，設(shè)計(jì)人員能夠根據(jù)目標(biāo)正向電流和估計(jì)的正向電壓確定散熱需求。還可以使用溫度傳感器來(lái)監(jiān)視可能的過(guò)熱情況。除了上述問(wèn)題，高亮度LED還有其他必須解決的問(wèn)題。不過(guò)，憑借DSC的智能，這些問(wèn)題可通過(guò)基于軟件的控制來(lái)解決。

　　LED具有幾乎瞬間更改光輸出的驚人能力。這使得LED非常適合彩色燈飾應(yīng)用，因?yàn)轭伾梢钥焖僮兓?。只需串?lián)紅色、綠色和藍(lán)色的LED或LED串，通過(guò)調(diào)整每個(gè)LED的亮度便可實(shí)現(xiàn)彩虹的任意顏色。此時(shí)，每個(gè)LED的調(diào)光成為了設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。由于LED的正向電流決定了亮度，顯而易見(jiàn)的方法是簡(jiǎn)單地增大或減小每個(gè)LED的正向電流。但這會(huì)產(chǎn)生一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)LED的正向電流變化時(shí)，其顏色也會(huì)略微變化。這在必須保持顏色準(zhǔn)確的應(yīng)用中是不理想的。因此，我們不直接降低或增大LED的正向電流，而是使正向電流呈脈沖變化，這樣所得到的調(diào)光效果與降低正向電流的效果相同。如圖3所示，這種方法的效果很明顯。紅色虛線表示平均電流，會(huì)產(chǎn)生可察覺(jué)到的亮度變化。但是，通過(guò)LED的正向電流保持恒定，因此顏色可保持不變。