切換式LED驅(qū)動(dòng)器調(diào)光技術(shù)研究

在 LED 照明設(shè)備數(shù)量增長(zhǎng)的趨勢(shì)下，提供給 LED 受控電源的集成電路裝置不斷推陳出新。如何節(jié)省能源是目前全球的重要議題，而耗電的線性電流源早已不符合這項(xiàng)要求，因此切換式 LED 驅(qū)動(dòng)器取而代之成為業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)。從手電筒到體育館計(jì)分板等各式應(yīng)用都要求可準(zhǔn)確控制調(diào)節(jié)電流。在許多實(shí)例中我們發(fā)現(xiàn)還需要可實(shí)時(shí)變更 LED 輸出強(qiáng)度的機(jī)制。此功能就是所謂的“調(diào)光控制”。本文在于說明基本 LED 理論以及數(shù)種用于切換式 LED 驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光控制技術(shù)。

LED 亮度與色溫

LED 亮度

測(cè)量 LED 可見光亮度的單位為光通量“強(qiáng)度”，燭光 (cd)。測(cè)量 LED 總電源輸出的單位則為流明 (lm) 量。此外我們也必須了解平均正向 LED 電流會(huì)決定 LED 的亮度。

LED 色溫

色溫是一種度量方法，說明 LED 射出的光色彩，并且可在 LED 數(shù)據(jù)表上數(shù)量化這些信息。特定 LED 的色溫將被指定于某范圍內(nèi)，而且會(huì)根據(jù)正向電流、接面溫度以及使用時(shí)間的不同而有所變化。低色溫的光線偏紅黃(暖色溫)，而較高數(shù)值的色溫則偏藍(lán)綠(冷色溫)。許多有顏色的 LED 會(huì)指定主波長(zhǎng)而取代指定色溫，而且提供波長(zhǎng)的位移量。

LED 調(diào)光方式

用來調(diào)節(jié) LED 亮度的切換式驅(qū)動(dòng)器電路有兩種最常見的方式有兩種：脈沖寬度調(diào)變調(diào)光 (PWM Dimming) 與模擬調(diào)光 (Analog Dimming)。這兩種方式都是透過 LED 或 LED 燈串來控制平均電流，但是仔細(xì)比較這兩種調(diào)光技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)時(shí)，我們可以發(fā)現(xiàn)其中的明顯差異。

Vin 必須要高于 LED + RSNS 的總電壓。電感器電流為 LED 電流。藉由監(jiān)測(cè) CS 接腳的電壓就可調(diào)節(jié)電流。CS 開始降低至設(shè)定電壓之下時(shí)，通過 L1 的電流脈沖工作周期(造成 LED 與 RSNS 增加)會(huì)增加平均LED 電流。為控制器的 CS 電壓選擇正確的 RSNS 就可設(shè)定 LED 電流。

模擬調(diào)光

LED 模擬調(diào)光意指調(diào)整每一周期 LED 電流。簡(jiǎn)單的說，這是一種調(diào)整“恒定”LED 電流層級(jí)的方式。只要調(diào)整電流感應(yīng)電阻 RSNS，或是在 IC 的部份 DIM 功能接腳上驅(qū)動(dòng)模擬電壓，就可完成模擬調(diào)光。圖 1 說明兩種可能的模擬調(diào)光方式。

調(diào)整 RSNS 進(jìn)行模擬調(diào)光

從圖 1 可以得知 RSNS 的數(shù)值變更時(shí)，固定 CS 參考電壓就會(huì)產(chǎn)生LED電流的改變。如果可以找到處理高 LED 電流的電位計(jì)，而且還有 sub-1 奧姆數(shù)值，就可使用此方法調(diào)整LED光線。

在 CS 接腳上驅(qū)動(dòng) DC 電壓進(jìn)行模擬調(diào)光

另一個(gè)較復(fù)雜的調(diào)光技術(shù)則是藉由驅(qū)動(dòng)電壓至CS接腳內(nèi)，直接控制LED的每一周期電流。電壓源通常會(huì)插入取樣 LED 電流的回饋回路，并由放大器緩沖。放大器的增益可控制LED電流。有了這種回饋電路后，就可以執(zhí)行電流與熱保護(hù)機(jī)制等功能，進(jìn)而保護(hù)LED。

模擬調(diào)光的缺點(diǎn)是射出光的色溫可能會(huì)因?yàn)長(zhǎng)ED電流而有所變化。在LED色溫達(dá)到臨界的情形下，或是特定LED因?yàn)長(zhǎng)ED電流變化而顯示色溫有很大的變化時(shí)，無法改變LED電流來調(diào)整LED輸出。

PWM 調(diào)光

PWM調(diào)光方式為 LED 電流在短時(shí)間內(nèi)的實(shí)際啟動(dòng)與重新啟動(dòng)動(dòng)作。啟動(dòng)–重新啟動(dòng)周期的頻率必須快于人類肉眼所能看到的速度，避免造成燈光閃爍，一般而言，200Hz 或更快的頻率是可被接受的頻率。

這種 LED 調(diào)光對(duì)調(diào)光波長(zhǎng)的工作周期為比例性的調(diào)整，是由以下的方程式?jīng)Q定：

IDIM-LED = DDIM X ILED

其中，IDIM-LED為平均 LED 電流，DDIM為調(diào)光波長(zhǎng)的工作周期，而 ILED為額定 LED 電流設(shè)定搭配RSNS 選擇。

調(diào)節(jié)LED驅(qū)動(dòng)器

現(xiàn)在有許多 LED 驅(qū)動(dòng)器擁有特殊的 PWM DIM 接腳，可接受較寬廣范圍的 PWM 頻率與振幅，從而簡(jiǎn)易的與外部邏輯建立接口。DIM 功能僅會(huì)關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)器，同時(shí)讓內(nèi)部電路繼續(xù)運(yùn)作，因此避免重新啟動(dòng) IC 的延遲。我們也可以使用輸出啟動(dòng)接腳與其他邏輯關(guān)閉的功能。

雙線式 PWM 調(diào)光

雙線式 PWM 調(diào)光是汽車內(nèi)部照明所常用的調(diào)光方式。由于 VIN 調(diào)節(jié)至 VIN-NOMINAL 的 70% 以下，可偵測(cè)到電壓的改變并將 PWM波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換成輸出驅(qū)動(dòng)的相對(duì)應(yīng)PWM。此方法的缺點(diǎn)在于轉(zhuǎn)換器的電源必須包含可將PWM波長(zhǎng)重迭至本身DC輸出的電路。