數(shù)字控制LED 點亮生活新色彩

　　電子發(fā)光設(shè)備無處不在，能夠投射任意顏色的燈飾也越來越普遍。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)計人員找到了效率、混色調(diào)光功能以及長使用壽命的獨特組合。采用數(shù)字信號控制器（DSC）可對LED進行數(shù)字控制，這使得燈飾兼有智能和與外界通信的能力。設(shè)計人員可以利用這些功能自由發(fā)揮，在LED燈飾中實現(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指示燈只需一個電壓源和一個阻值適當(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與單片機的GPIO引腳連接，便可實現(xiàn)最常見的應(yīng)用之一——閃爍的LED。但是，如果將10個正向電流超過350 mA的高亮度、高電流LED串聯(lián)在一起，所有這些簡單性便蕩然無存了。

　　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LED的正向電流相關(guān)。這表明，要實現(xiàn)一致的顏色和光輸出，需要使通過LED的正向電流（IF）保持恒定。如果考慮單純將一個電阻與LED串聯(lián)的情況，正向電流可通過如下公式確定：IF = （VSource-VF）/R。當(dāng)源電壓（VSource）變化時，正向電流（IF）也將波動，進而導(dǎo)致LED發(fā)出的光量發(fā)生變化。這清楚地表明，用來驅(qū)動LED的電源需要能有效調(diào)節(jié)LED的正向電流。通常，LED和二極管的一個特性是，正向電壓（VF）會隨著溫度的升高而增大——即使正向電流恒定且經(jīng)過調(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，倘若不對正向電流進行適當(dāng)調(diào)節(jié)，則正向電流也將增大。這再次說明了需要適當(dāng)調(diào)節(jié)通過LED的正向電流，而不是正向電壓。

　　圖2：正向電壓的變化對正向電流的影響

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

　　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，因為顏色可以快速變化。只需串聯(lián)紅色、綠色和藍色的LED或LED串，通過調(diào)整每個LED的亮度便可實現(xiàn)彩虹的任意顏色。此時，每個LED的調(diào)光成為了設(shè)計挑戰(zhàn)。由于LED的正向電流決定了亮度，顯而易見的方法是簡單地增大或減小每個LED的正向電流。但這會產(chǎn)生一個問題，當(dāng)LED的正向電流變化時，其顏色也會略微變化。這在必須保持顏色準確的應(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，會產(chǎn)生可察覺到的亮度變化。但是，通過LED的正向電流保持恒定，因此顏色可保持不變。