數(shù)字控制LED 點亮生活新色彩

　　圖3：脈沖式正向電流會產(chǎn)生可覺察的亮度變化

　　使用數(shù)字控制可大大簡化脈沖電流調光。許多DSC具有高級PWM模塊，可生成PWM信號來控制LED的功率級。這些PWM模塊的改寫輸入可快速準確地關斷PWM輸出，從而控制LED的電流并實現(xiàn)調光。使用介于零與某個值（表示最大亮度）之間的數(shù)字對調光量進行量化。要將LED設置為50%亮度，計數(shù)器將從零開始向255計數(shù)，當計數(shù)值達到128時，將有一個信號觸發(fā)PWM改寫。PWM輸出隨后將關斷，從而有效截斷LED中的電流。當計數(shù)器達到最大值255時，會復位為0，同時PWM再次使能。該過程會再次啟動，產(chǎn)生對LED調光所需的脈沖電流，如圖4所示。調光頻率必須足夠快，才能使人眼無法察覺到LED的閃爍。通常，高于400 Hz的頻率可實現(xiàn)這一效果。

　　圖4：使用計數(shù)器實現(xiàn)數(shù)控調光

　　如前文所述，必須有效控制高亮度LED的正向電流，因此需要使用有效的電源來為LED供電。降壓和升壓開關電源（SMPS）拓撲是兩種常用于LED供電的電源拓撲。這兩種拓撲均可以有效控制LED的電流，而且均能受益于DSC的智能。

圖5：配置為驅動LED或LED串的降壓拓撲

　　降壓拓撲非常適合LED或LED串的正向電壓小于電源電壓的情況。圖5給出了用于控制LED的典型降壓拓撲。如圖所示，PWM控制開關（Q），當開關（Q）導通時，檢測電阻（Rsns）兩端的電壓對應于LED的正向電流。該電阻（Rsns）兩端的電壓將饋入DSC的比較器，該比較器隨后將此電壓與可配置的內部參考電壓進行比較，此內部參考電壓與所需的LED正向電流成比例關系。如果檢測到的電壓大于內部參考電壓，模擬比較器將關斷PWM的開關（Q），這會使電感（L）通過流經(jīng)二極管（D）和LED的電流來釋放其存儲的電能。當下一個PWM周期開始時，開關（Q）導通，然后再次開始此過程。借助DSC的高級功能，此方法能有效調節(jié)通過LED的正向電流，同時不產(chǎn)生任何CPU開銷。

　　圖6：配置為驅動LED或LED串的升壓拓撲

　　顧名思義，升壓拓撲非常適合LED或LED串的正向電壓大于電源電壓的情況。圖6給出了用于控制LED的典型升壓拓撲。與降壓拓撲一樣，PWM控制開關（Q），并且通過檢測電阻（Rsns）監(jiān)視流經(jīng)的正向電流。DSC上的ADC模塊對檢測電阻兩端的電壓進行采樣，該電壓對應于LED的正向電流。該值隨后饋入在DSC的軟件中執(zhí)行的比例積分（PI）控制環(huán)。根據(jù)ADC讀數(shù)以及與所需電流對應的軟件參考值，PI環(huán)相應調整開關（Q）的工作周期。此處使用DSC的優(yōu)勢是PI控制環(huán)在軟件中實現(xiàn)，因此可以使用各種其他控制環(huán)方法。此外，PI控制環(huán)使用的CPU開銷極少，這樣DSC可控制多個LED串，并仍有余量來實現(xiàn)其他功能。

　　說到其他功能，使用DSC來控制燈飾的最令人興奮的原因之一是能夠為系統(tǒng)增加通信功能。DSC具有足夠的處理能力來智能地控制LED燈飾，同時實現(xiàn)用于與外界通信的通信協(xié)議。這樣便不需要單獨的通信和控制設備。DMX512是一種常見的照明控制協(xié)議。該標準使用單向通信，支持一個主設備和多個從設備，用于向各個燈飾發(fā)送命令。DMX512每個數(shù)據(jù)包發(fā)送512字節(jié)的數(shù)據(jù)，并且允許單獨尋址各個設備或節(jié)點。DSC的高速處理能力使其能以最高優(yōu)先級執(zhí)行快速控制環(huán)（如用于升壓轉換器的PI控制器），同時在后臺運行通信協(xié)議（如DMX512）。由于通信在軟件中實現(xiàn)，因此燈飾不限于僅一種協(xié)議——相反，它可以實現(xiàn)設計人員所需的任何通信方案。

　　與任何新技術一樣，數(shù)字LED控制也需要一個學習過程。為了簡化數(shù)字控制的學習，許多芯片供應商現(xiàn)已提供數(shù)控LED照明工具包和參考設計。其中有許多設計提供免費的源代碼和硬件文檔。由于LED拓撲種類繁多，其中一些甚