切換式LED驅動器調光技術研究

在 LED 照明設備數量增長的趨勢下，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要求，因此切換式 LED 驅動器取而代之成為業(yè)界標準。從手電筒到體育館計分板等各式應用都要求可準確控制調節(jié)電流。在許多實例中我們發(fā)現還需要可實時變更 LED 輸出強度的機制。此功能就是所謂的“調光控制”。本文在于說明基本 LED 理論以及數種用于切換式 LED 驅動器的調光控制技術。

LED 亮度與色溫

LED 亮度

測量 LED 可見光亮度的單位為光通量“強度”，燭光 (cd)。測量 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 數據表上數量化這些信息。特定 LED 的色溫將被指定于某范圍內，而且會根據正向電流、接面溫度以及使用時間的不同而有所變化。低色溫的光線偏紅黃(暖色溫)，而較高數值的色溫則偏藍綠(冷色溫)。許多有顏色的 LED 會指定主波長而取代指定色溫，而且提供波長的位移量。

LED 調光方式

用來調節(jié) LED 亮度的切換式驅動器電路有兩種最常見的方式有兩種：脈沖寬度調變調光 (PWM Dimming) 與模擬調光 (Analog Dimming)。這兩種方式都是透過 LED 或 LED 燈串來控制平均電流，但是仔細比較這兩種調光技術的優(yōu)缺點時，我們可以發(fā)現其中的明顯差異。

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 CS 接腳的電壓就可調節(jié)電流。CS 開始降低至設定電壓之下時，通過 L1 的電流脈沖工作周期(造成 LED 與 RSNS 增加)會增加平均LED 電流。為控制器的 CS 電壓選擇正確的 RSNS 就可設定 LED 電流。

模擬調光

LED 模擬調光意指調整每一周期 LED 電流。簡單的說，這是一種調整“恒定”LED 電流層級的方式。只要調整電流感應電阻 RSNS，或是在 IC 的部份 DIM 功能接腳上驅動模擬電壓，就可完成模擬調光。圖 1 說明兩種可能的模擬調光方式。

調整 RSNS 進行模擬調光

從圖 1 可以得知 RSNS 的數值變更時，固定 CS 參考電壓就會產生LED電流的改變。如果可以找到處理高 LED 電流的電位計，而且還有 sub-1 奧姆數值，就可使用此方法調整LED光線。

在 CS 接腳上驅動 DC 電壓進行模擬調光

另一個較復雜的調光技術則是藉由驅動電壓至CS接腳內，直接控制LED的每一周期電流。電壓源通常會插入取樣 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)行電流與熱保護機制等功能，進而保護LED。

模擬調光的缺點是射出光的色溫可能會因為LED電流而有所變化。在LED色溫達到臨界的情形下，或是特定LED因為LED電流變化而顯示色溫有很大的變化時，無法改變LED電流來調整LED輸出。

PWM 調光

PWM調光方式為 LED 電流在短時間內的實際啟動與重新啟動動作。啟動–重新啟動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 調光對調光波長的工作周期為比例性的調整，是由以下的方程式決定：

IDIM-LED = DDIM X ILED

其中，IDIM-LED為平均 LED 電流，DDIM為調光波長的工作周期，而 ILED為額定 LED 電流設定搭配RSNS 選擇。

調節(jié)LED驅動器

現在有許多 LED 驅動器擁有特殊的 PWM DIM 接腳，可接受較寬廣范圍的 PWM 頻率與振幅，從而簡易的與外部邏輯建立接口。DIM 功能僅會關閉輸出驅動器，同時讓內部電路繼續(xù)運作，因此避免重新啟動 IC 的延遲。我們也可以使用輸出啟動接腳與其他邏輯關閉的功能。

雙線式 PWM 調光

雙線式 PWM 調光是汽車內部照明所常用的調光方式。由于 VIN 調節(jié)至 VIN-NOMINAL 的 70% 以下，可偵測到電壓的改變并將 PWM波長轉換成輸出驅動的相對應PWM。此方法的缺點在于轉換器的電源必須包含可將PWM波長重迭至本身DC輸出的電路。