如何簡(jiǎn)化便攜式應用中的LED亮度調節？

【導讀】使用LED型固態(tài)照明(SSL)的便攜式設備要求使用高效驅動(dòng)電路來(lái)延長(cháng)電池使用時(shí)間，同時(shí)還要求使用一些亮度調節方法來(lái)對光線(xiàn)輸出進(jìn)行調節，以適應周?chē)恼彰鳝h(huán)境。在諸如智能手機或者便攜式GPS導航系統背光照明等應用中，必須使用LED亮度調節，目的是讓用戶(hù)在強太陽(yáng)光和夜晚弱光條件下都能看清楚屏幕。

使用手電筒時(shí)，用戶(hù)認為較長(cháng)的電池使用時(shí)間更加重要，而非提供最強的光線(xiàn)照明。我們可以在這些應用中使用模擬亮度調節或者脈寬調制(PWM)亮度調節方法。模擬設計通過(guò)使用一種創(chuàng )新方法來(lái)建立起一個(gè)參考電壓，從而獲得比PWM型設計更高的效率。

模擬和PWM亮度調節方法都對LED驅動(dòng)電流進(jìn)行控制，而該電流同光線(xiàn)輸出成正比關(guān)系。模擬亮度調節結構簡(jiǎn)單，控制功耗最低，并且一般比PWM亮度調節方法要高效，原因是低驅動(dòng)電流時(shí)LED正向電壓更低。

但是，模擬亮度調節要求通過(guò)一個(gè)單獨的電壓基準生成模擬電壓(可能會(huì )對某個(gè)方波輸入信號使用RC濾波器輸出，或者使用一個(gè)昂貴的數模轉換器(DAC))。圖1所示電路通過(guò)修改一個(gè)電位計，沒(méi)有了這些方法的復雜性，從而實(shí)現了一種簡(jiǎn)單、高成本效益的模擬亮度調節方法。這種整體解決方案，是一種高效、低成本、低組件數目的LED驅動(dòng)器，適用于單個(gè)高電流LED，例如：歐司朗的金龍(Golden Dragon)等，可用于一些小型電池供電型設備。

電路運行情況

電路要求使用一個(gè)電壓調節、同步、降壓轉換器，通過(guò)一個(gè)17V電源提供高達1A的輸出電流，例如：TPS62150。圖1中，這種降壓轉換器使用反饋(FB)引腳來(lái)控制檢測電阻R2的電壓，對LED的電流進(jìn)行調節。FB電壓由一個(gè)精確內部參考電壓(一般為0.8V)和一個(gè)SS/TR(慢啟動(dòng)與追蹤)外部輸入引腳共同控制。

SS/TR引腳電壓低于1.25V時(shí)，FB引腳電壓等于SS/TR引腳電壓乘以0.64，即VFB = 0.64 * VSS/TR。通過(guò)控制FB電壓，進(jìn)而控制R2的電壓，IC可改變驅動(dòng)LED的電流大小。

SS/TR引腳有一個(gè)嵌入式電流源，其一般為2.5 μA。該電源常用于對電容器充電，并形成平順、線(xiàn)性的SS/TR引腳電壓上升。典型降壓轉換器中，這會(huì )使輸出電壓線(xiàn)性、受控地上升，同時(shí)也減少了輸入電源的突入電流。使用這種設計時(shí)，一個(gè)接地電阻在SS/TR引腳上產(chǎn)生恒定電壓。

一個(gè)電位計放置于SS/TR引腳上，目的是將該引腳的電壓保持在250mV(電位計=100 kΩ)和0V(電位計=0Ω)之間?；仡櫳鲜龇匠淌?，它意味著(zhù)FB引腳電壓范圍在160 mV和0V之間。R2為一個(gè)0.15Ω電阻器時(shí)，LED電流變化范圍為1.07A-0A。由于FB引腳電壓與SS/TR引腳電壓線(xiàn)性相關(guān)，因此電位計可提供如圖2所示線(xiàn)性模擬亮度調節。

這種電路擁有非常高的效率，因為FB引腳電壓的值相對較低。這種低電壓可降低檢測電阻R2的功耗。另外，TPS62150在輕載電流條件下使用節能模式，以在大多數負載范圍保持較高的效率。圖3顯示了圖1所示電路的效率，其使用一個(gè)12V輸入，并且在開(kāi)關(guān)輸出過(guò)程中使用TDK的VLF3012ST-2R2電感器。

我們可以提高這種電路的效率，但代價(jià)是增加電路尺寸。例如，你可以將FSW(開(kāi)關(guān)頻率)控制引腳連接輸出電壓，從而降低工作頻率，并且(或者)選擇一個(gè)低DCR(DC電阻)及(或)擁有更佳AC損耗特性的電感器。盡管實(shí)現這兩種方法可能需要更多的電路板面積，但卻可以達到90%以上的效率。盡管其效率并非最高，但圖1所示設計卻擁有較小的解決方案尺寸和較好的工作效率。