數字控制LED 點(diǎn)亮生活新色彩

　　圖3：脈沖式正向電流會(huì )產(chǎn)生可覺(jué)察的亮度變化

　　使用數字控制可大大簡(jiǎn)化脈沖電流調光。許多DSC具有高級PWM模塊，可生成PWM信號來(lái)控制LED的功率級。這些PWM模塊的改寫(xiě)輸入可快速準確地關(guān)斷PWM輸出，從而控制LED的電流并實(shí)現調光。使用介于零與某個(gè)值（表示最大亮度）之間的數字對調光量進(jìn)行量化。要將LED設置為50%亮度，計數器將從零開(kāi)始向255計數，當計數值達到128時(shí)，將有一個(gè)信號觸發(fā)PWM改寫(xiě)。PWM輸出隨后將關(guān)斷，從而有效截斷LED中的電流。當計數器達到最大值255時(shí)，會(huì )復位為0，同時(shí)PWM再次使能。該過(guò)程會(huì )再次啟動(dòng)，產(chǎn)生對LED調光所需的脈沖電流，如圖4所示。調光頻率必須足夠快，才能使人眼無(wú)法察覺(jué)到LED的閃爍。通常，高于400 Hz的頻率可實(shí)現這一效果。

　　圖4：使用計數器實(shí)現數控調光

　　如前文所述，必須有效控制高亮度LED的正向電流，因此需要使用有效的電源來(lái)為L(cháng)ED供電。降壓和升壓開(kāi)關(guān)電源（SMPS）拓撲是兩種常用于LED供電的電源拓撲。這兩種拓撲均可以有效控制LED的電流，而且均能受益于DSC的智能。

圖5：配置為驅動(dòng)LED或LED串的降壓拓撲

　　降壓拓撲非常適合LED或LED串的正向電壓小于電源電壓的情況。圖5給出了用于控制LED的典型降壓拓撲。如圖所示，PWM控制開(kāi)關(guān)（Q），當開(kāi)關(guān)（Q）導通時(shí)，檢測電阻（Rsns）兩端的電壓對應于LED的正向電流。該電阻（Rsns）兩端的電壓將饋入DSC的比較器，該比較器隨后將此電壓與可配置的內部參考電壓進(jìn)行比較，此內部參考電壓與所需的LED正向電流成比例關(guān)系。如果檢測到的電壓大于內部參考電壓，模擬比較器將關(guān)斷PWM的開(kāi)關(guān)（Q），這會(huì )使電感（L）通過(guò)流經(jīng)二極管（D）和LED的電流來(lái)釋放其存儲的電能。當下一個(gè)PWM周期開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)（Q）導通，然后再次開(kāi)始此過(guò)程。借助DSC的高級功能，此方法能有效調節通過(guò)LED的正向電流，同時(shí)不產(chǎn)生任何CPU開(kāi)銷(xiāo)。

　　圖6：配置為驅動(dòng)LED或LED串的升壓拓撲

　　顧名思義，升壓拓撲非常適合LED或LED串的正向電壓大于電源電壓的情況。圖6給出了用于控制LED的典型升壓拓撲。與降壓拓撲一樣，PWM控制開(kāi)關(guān)（Q），并且通過(guò)檢測電阻（Rsns）監視流經(jīng)的正向電流。DSC上的ADC模塊對檢測電阻兩端的電壓進(jìn)行采樣，該電壓對應于LED的正向電流。該值隨后饋入在DSC的軟件中執行的比例積分（PI）控制環(huán)。根據ADC讀數以及與所需電流對應的軟件參考值，PI環(huán)相應調整開(kāi)關(guān)（Q）的工作周期。此處使用DSC的優(yōu)勢是PI控制環(huán)在軟件中實(shí)現，因此可以使用各種其他控制環(huán)方法。此外，PI控制環(huán)使用的CPU開(kāi)銷(xiāo)極少，這樣DSC可控制多個(gè)LED串，并仍有余量來(lái)實(shí)現其他功能。

　　說(shuō)到其他功能，使用DSC來(lái)控制燈飾的最令人興奮的原因之一是能夠為系統增加通信功能。DSC具有足夠的處理能力來(lái)智能地控制LED燈飾，同時(shí)實(shí)現用于與外界通信的通信協(xié)議。這樣便不需要單獨的通信和控制設備。DMX512是一種常見(jiàn)的照明控制協(xié)議。該標準使用單向通信，支持一個(gè)主設備和多個(gè)從設備，用于向各個(gè)燈飾發(fā)送命令。DMX512每個(gè)數據包發(fā)送512字節的數據，并且允許單獨尋址各個(gè)設備或節點(diǎn)。DSC的高速處理能力使其能以最高優(yōu)先級執行快速控制環(huán)（如用于升壓轉換器的PI控制器），同時(shí)在后臺運行通信協(xié)議（如DMX512）。由于通信在軟件中實(shí)現，因此燈飾不限于僅一種協(xié)議——相反，它可以實(shí)現設計人員所需的任何通信方案。

　　與任何新技術(shù)一樣，數字LED控制也需要一個(gè)學(xué)習過(guò)程。為了簡(jiǎn)化數字控制的學(xué)習，許多芯片供應商現已提供數控LED照明工具包和參考設計。其中有許多設計提供免費的源代碼和硬件文檔。由于LED拓撲種類(lèi)繁多，其中一些甚