模擬/PWM調(diào)光搭配得宜 LED照明色彩更繽紛

文章來源:恒光電器

發(fā)布時間:2014-08-27

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在建筑、區(qū)域與崁燈等照明應(yīng)用中，色彩準(zhǔn)確度非常重要，而發(fā)光二極體(LED)很適合提供準(zhǔn)確色彩。LED顏色可隨著混合紅、藍(lán)、綠、黃、白等各色而異;當(dāng)多種色彩混合時，亮度必須調(diào)整。本文針對多種LED混色的調(diào)光技巧進(jìn)行介紹。

準(zhǔn)確頻道亮度調(diào)控　LED實現(xiàn)豐富色彩

       每顆LED晶體只能發(fā)出單色光，商業(yè)照明燈具，若希望創(chuàng)造其他色彩，可運用紅、綠、藍(lán)三原色的LED燈混合，只要切換紅、綠、藍(lán)LED頻道，即可產(chǎn)生七種基本色彩(紅、綠、藍(lán)、黃、紫、淺綠、白)。

       如果需要更豐富的色彩，只須控制三原色的LED燈光亮度，就能產(chǎn)生眾多色彩，口碑，包括調(diào)整各LED頻道的亮度，CCC認(rèn)證，并控制通過各LED串的電流調(diào)控明暗。改變LED白光燈的色溫時，通常調(diào)整紅色與白色的LED串即可。

       調(diào)整LED明暗共有兩種基本方式：類比(Analog)與脈沖寬度調(diào)變(PWM)。兩者都是藉由安裝開關(guān)模式或線性LED驅(qū)動器，控制通過LED串的平均電流，以改變LED的亮度。

       圖1為雙串LED驅(qū)動器，其中包括一個降壓切換器與一個線性穩(wěn)壓器。兩個LED串均可選擇類比或PWM，兩者各有優(yōu)缺點，多數(shù)應(yīng)用是依據(jù)混色表現(xiàn)需求選擇調(diào)整方式。

圖1　雙串可調(diào)光LED驅(qū)動器，包含一個降壓轉(zhuǎn)換器與一個線性穩(wěn)壓器。

類比調(diào)光須掌握電流變化幅度

       LED類比調(diào)光是藉由控制通過LED串的恒電流，工程照明，工程照明，達(dá)到調(diào)整明暗效果，可控制晶片內(nèi)的LED電流參考電壓，恒光電器，或是控制晶片外的LED電流感測電壓。

       大多數(shù)的LED驅(qū)動器，其內(nèi)部包括切換穩(wěn)壓器與線性穩(wěn)壓器，其中的LED電流高低由公式1決定：

......公式1

       VREF為晶片內(nèi)LED電流參考電壓，RSNS為電壓感測電阻。

       藉著改變VREF可調(diào)整LED電流。有些LED驅(qū)動器晶片并不允許使用者改變LED電流參考電壓，而在允許改變LED電流參考的晶片里，通常有兩種改變方式：一是在晶片提供的參考電壓調(diào)整接腳上加入類比電壓;二為透過I2C等數(shù)位通訊介面調(diào)整參考電壓，以圖1為例，可藉由I2C的指令調(diào)整LED電流參考電壓。

       另一種類比調(diào)光方式為改變LED電流感測電壓。多數(shù)應(yīng)用的電流感測電阻低于1歐姆(ohm)，也因此，沒有必要使用電位計來改變電流感測電阻，藉由在晶片的電流感測接腳上， led室內(nèi)照明，再加入外部直流電壓即可達(dá)成效果。圖2所呈現(xiàn)的是改變電流感測電壓，其典型類比調(diào)光線路，CS接腳的電壓則可參考下列公式2：

圖2　類比調(diào)光線路范例

　......公式2

       在穩(wěn)定的狀態(tài)下，商業(yè)照明燈具，CS接腳電壓會與參考電壓相等。透過調(diào)整外部的直流電壓，或是調(diào)整可變電阻R2值，即可以改變LED電流。

       在混色應(yīng)用中使用類比調(diào)光將會發(fā)現(xiàn)一項缺點，家用照明，此即由于LED色溫會隨電流變化，如果類比調(diào)光電流改變較大，行業(yè)資訊，LED亮度與顏色可能也會生變，導(dǎo)致無法產(chǎn)生理想色彩。

PWM調(diào)光色溫控制精準(zhǔn)

       PWM調(diào)光是以固定循環(huán)周期，以及頻率開關(guān)LED來決定，其調(diào)光的LED電流計算可參考下列公式3：

......公式3

       IDIM為調(diào)光后的LED電流，D為PWM調(diào)光訊號的周期循環(huán)，ILED則為無調(diào)光的LED電流。

       LED PWM調(diào)光頻率通常高于200Hz，肉眼無法察覺。許多LED驅(qū)動器晶片均具備PWM調(diào)光輸入接腳，可接收微控制器(MCU)產(chǎn)生的PWM調(diào)光輸入訊號。通常只有PWM調(diào)光訊號變?nèi)鯐r，驅(qū)動器晶片才會關(guān)閉金屬氧化物半導(dǎo)體場效電晶體(MOSFET)驅(qū)動器;等到訊號轉(zhuǎn)強(qiáng)，超市照明，LED筒燈，MOSFET驅(qū)動器又會開啟;此外，內(nèi)部線路在PWM調(diào)光循環(huán)關(guān)閉時仍繼續(xù)運作，避免晶片必須重新啟動，造成PWM調(diào)光上升緣延遲。

       在開關(guān)模式LED驅(qū)動器中，電容通常會放在LED串之中，過濾高頻率切換雜訊，亦可減緩PWM調(diào)光LED電流的升降緣。因此， led商業(yè)照明，高頻率低循環(huán)PWM調(diào)光應(yīng)用必須移除電容。圖3呈現(xiàn)LED降壓穩(wěn)壓器無輸出電容的PWM調(diào)光波形。

圖3　PWM調(diào)光LED電流波形

類比至PWM調(diào)光具過熱保護(hù)功能

       有些LED驅(qū)動器晶片具備「類比至PWM調(diào)光」功能，晶片調(diào)光接腳接收類比訊號后，轉(zhuǎn)換為PWM調(diào)光訊號。PWM調(diào)光頻率固定，且循環(huán)周期與輸入類比訊號級成比例。

       照明應(yīng)用里若無MCU，則類比至PWM調(diào)光方案助益極大。類比至PWM調(diào)光設(shè)計可發(fā)揮過熱保護(hù)功能，如果LED板地溫度超過設(shè)定值，PWM調(diào)光便可以降低LED電流。

分流FET PWM調(diào)光適用于高頻率

       分流FET PWM調(diào)光通常用于極高頻率的LED PWM調(diào)光。圖4呈現(xiàn)以降壓穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)的分流FET PWM調(diào)光線路，外部分流FET擺放位置與LED串平行，以迅速繞過轉(zhuǎn)換器輸出電流;當(dāng)分流FET開啟時，LED串關(guān)閉，反之亦然。所以，LED串透過分流FET達(dá)到有效的PWM調(diào)光。有些LED驅(qū)動器晶片提供MOSFET驅(qū)動器，做為分流FET PWM調(diào)光之用，故不需外部MOSFET驅(qū)動器。

圖4　分流FET PWM調(diào)光范例