數字信號控制器將智能控制和通信融合到LED照明中

　　LED照明正在改變人們使用照明的方式，繼而開(kāi)啟設計人員將智能控制和色彩混合融合到LED照明裝置的新機遇。DSC可推動(dòng)眾多應用領(lǐng)域的創(chuàng )新：從汽車(chē)頭燈和尾燈到最先進(jìn)的燈光秀，后者可將一個(gè)公共建筑變?yōu)橐患囆g(shù)品。

　　LED的高能效、調光功能和壽命長(cháng)的獨特結合使變色照明裝置更加高效、成本更低且更易實(shí)現。再結合數字信號控制器(DSC)即可實(shí)現高效的LED驅動(dòng)和準確的色彩控制以及與外界的通信。所有這些特性為設計人員開(kāi)發(fā)頗具特色的下一代LED照明裝置提供了較大的空間。

　　亮度越高，越復雜

　　低功耗指示燈LED在眾多產(chǎn)品中占據著(zhù)重要位置且大多數工程師熟知其簡(jiǎn)單設計：他們所需要的只是一個(gè)電源和一個(gè)具有合適阻值的串聯(lián)電阻，以保持LED的電流低于小于5 mA的典型值。設計人員可將LED連接到單片機上的GPIO引腳使之閃爍。然而，將高亮度、高電流LED(正向電流超過(guò)350 mA)串聯(lián)在一起，簡(jiǎn)單的LED設計卻會(huì )變得相當復雜。此時(shí)，除了溫度變化和LED本身產(chǎn)生的極高溫度以外，設計人員還面臨控制電流的挑戰。

　　圖1:光通量與正向電流成正比

　　智能電流控制

　　高亮度LED需要保持相對較高的恒定電流才能保持亮度和色彩。圖1顯示了LED的光通量與流經(jīng)LED的正向電流(IF)的比例關(guān)系。因此，保持正向電流恒定對于實(shí)現一致的色彩和光輸出至關(guān)重要。采用簡(jiǎn)單的電阻與LED串聯(lián)電路時(shí)，可通過(guò)以下公式確定正向電流：

　　(IF = (VSource-VF)/R)

　　當電源電壓(VSource)變化時(shí)，正向電流將跟著(zhù)變化，從而導致LED發(fā)出的光能量也發(fā)生變化。因此，需要使用一個(gè)可有效調節正向電流的電源來(lái)驅動(dòng)LED.

　　溫度控制

　　通常，LED的正向電壓(VF)隨著(zhù)溫度的升高而增大，即使在正向電流恒定和穩定的情況下也是如此。圖2顯示了未適當調節的正向電流與LED的正向電壓保持一致變化的情形，并解釋了為何控制流經(jīng)LED的正向電流比控制正向電壓更重要。

　　圖2:正向電壓的變化對正向電流的影響

　　高功耗LED本身產(chǎn)生的大量熱量可導致LED壽命明顯降低并可能過(guò)早損壞。對于每個(gè)設計來(lái)說(shuō)，有效控制LED的正向電流就需要根據目標正向電流和預估正向電壓來(lái)確定散熱水平。使用溫度傳感器還可監視可能的過(guò)熱情況。

　　準確的色彩控制

　　LED幾乎可以立即改變其光輸出這一事實(shí)，使其成為了需要快速改變色彩的燈具的理想之選。通過(guò)使用一系列紅色、綠色和藍色LED便可產(chǎn)生任意一種顏色，而我們只需調整每個(gè)LED的亮度。一種方法是簡(jiǎn)單地增大或減小每個(gè)LED的正向電流。但該方法的問(wèn)題是，改變正向電壓不僅會(huì )改變亮度，還會(huì )使LED的輸出光顏色略微改變，這對需要準確色彩的應用來(lái)說(shuō)是個(gè)問(wèn)題。

　　另一種方法是使用脈沖電流，它可提供相同的調光效果，而輸出光顏色不會(huì )有感知上的變化。如圖3所示，紅色虛線(xiàn)表示平均脈沖電流在產(chǎn)生亮度變化的同時(shí)卻保持流過(guò)LED的正向電流恒定，因此，不會(huì )改變感知色彩。

　　圖3:產(chǎn)生正向電流脈沖以更改感知亮度

　　數字調光控制

　　使用數字信號控制器(DSC)極大地簡(jiǎn)化了采用脈沖電流技術(shù)的調光過(guò)程。許多DSC上的高級PWM模塊可用來(lái)生成PWM信號，這些信號用來(lái)控制LED的功率級。這些PWM模塊具有可快速、準確關(guān)閉PWM 輸出的“改寫(xiě)輸入”,支持控制流經(jīng)LED的電流，從而對LED進(jìn)行調光。調光量量化為介于零和表示最大亮度的值之間的數字。要將LED設置為50%亮度，計數器將從零計數到255并在計數到128時(shí)觸發(fā)PWM 改寫(xiě)。然后，PWM輸出關(guān)斷以消除LED電流。當計數器達到其最大值255時(shí)，復位為0并重新使能PWM.當需要對LED進(jìn)行調光時(shí)重復該過(guò)程以產(chǎn)生脈沖電流，如圖4所示。通常使用400 Hz以上的頻率來(lái)確保調光頻率足夠快，這樣人眼才不會(huì )察覺(jué)到LED閃爍。