基于微控制器的LED驅動器拓撲、權衡和局限(05-100)

　　本文主要探討基于微控制器的LED驅動器。它考察了以微控制器作為系統核心所能采用的各種不同拓撲結構。它還詳細討論了各種拓撲的權衡，著重于它們的主要特性和局限：通訊、電壓和電流容量、調光技術，以及開關速度等。

　　高亮度發光二極管(HI-LED)是一種半導體設備，只允許電流按一個方向流動。它是由兩種半導體材料結合后所形成的PN結構成的。高亮度LED與標準LED的差別在于它們的輸出功率。傳統LED的輸出功率一般都限定在50毫瓦以內，而高亮度LED可達1-5瓦。

　　圖1顯示了HI-LED內部電壓與電流的典型關系。在正向電壓 (VF)超出內部門檻電壓前，HI-LED上幾乎沒有正向電流(IF)流過。如果VF進一步升高，曲線將以線性斜率突然快速上升，形成一個形似膝蓋的曲線。

　　LED的輸出亮度與正向電流成正比，因此，如果IF未得到適當控制，輸出亮度就可能出現無法接受的變化。另外，如果超過制造商規定的最大IF限制，還可能嚴重縮短LED的使用壽命。

　　高亮度LED應該由電子驅動器進行控制，這些電子驅動器的主要功能是構成一個恒定的電流源。采用本文后面介紹的技術，這些電路可以提供發光度控制，在某些情況下還可以對溫度變化進行補償。

　　為確保系統所提供色彩的一致性，HI-LED的制造商建議以恒定的標稱電流的脈沖輸出對LED進行亮度調節。

 

　　簡單拓撲及其權衡

　　設計高亮度LED驅動器面臨的挑戰是構造一個控制良好的、可編程的、穩定的電流源，而且還有較高的效率。

　　1、使用串聯電阻器(線性法)

　　調節電流的最簡單方式就是加一個串聯電阻器，如圖2A所示。其優點在于成本低、實施簡單，而且不會由于開關而產生噪音。不幸的是，這種拓撲有兩個主要缺陷：第一，電阻器上的大量損耗導致系統效率降低;其次，它不能改變發光度。而且，這種方案需要用穩壓源來得到恒定的電流。舉個例子，如果我們假設VDD是5伏，而LED的VF是3.0伏，那么如果需要產生350毫安的恒定電流，您將需要：R=V/I，此時R=(5V-3.0V)/350mA=5.7Ω。