工程師教你如何通過(guò)LED燈串調光實(shí)現照明器調色

在許多固態(tài)照明(SSL)應用中，如建筑、區域、射燈中，色彩的精度非常重要。目前市場(chǎng)上也存在許多可以在照明過(guò)程中調色的產(chǎn)品，可用于設置白點(diǎn)或CCT。LED是一種實(shí)現精確色彩照明的理想光源，其色彩變換可通過(guò)混合不同顏色的LED來(lái)實(shí)現，如紅、藍、綠這幾種單色來(lái)實(shí)現?；旌螸ED色彩時(shí)，需要調整一個(gè)或多個(gè)LED燈串的亮度以實(shí)現所需的顏色混合。用顏色混合來(lái)調整LED光照的方法有很多種，下文將逐一進(jìn)行分析。

單個(gè)LED管芯只能發(fā)射單色光，要獲得多個(gè)顏色，可以同時(shí)使用三種主色(紅、綠、藍，RGB)LED以實(shí)現色彩混合。只需切換紅色、綠色和藍色LED通道，就可以生成7種基本色，即紅、綠、藍、黃、紫、白色以及淺綠色。要生成更多的色彩，就可以調整每個(gè)LED通道的亮度，這一步又可以通過(guò)調整流經(jīng)每個(gè) LED燈串的電流來(lái)實(shí)現。

從根本上說(shuō)，實(shí)現LED調光的方式有兩種：模擬/線(xiàn)性電流控制，和脈沖寬度調制(PWM)。二者都是通過(guò)控制流經(jīng)每個(gè)LED燈串的平均電流來(lái)調整LED的亮度，且都可以應用到開(kāi)關(guān)電源或線(xiàn)性L(fǎng)ED驅動(dòng)器。圖1顯示的是一個(gè)基于TPS92660的雙燈串LED驅動(dòng)器，包含一個(gè)巴克切換器和一個(gè)線(xiàn)性調節器。兩個(gè)LED燈串均可利用模擬或PWM技術(shù)進(jìn)行調光，這兩項技術(shù)各有優(yōu)劣勢。在大多數應用中，調光方式的選擇一般基于色彩混合性能要求。

模擬調光

模擬調光是通過(guò)調整IC內部的LED電流參考電壓，或通過(guò)調整IC外部的LED電流檢測電壓來(lái)實(shí)現的。對于大多數LED驅動(dòng)器(包括切換調節器和線(xiàn)性調節器)，LED電流由以下方程式?jīng)Q定：

其中VREF表示IC內部LED電流參考電壓，RSNS表示電流檢測電阻。

某些情況下可通過(guò)改變VREF來(lái)調整LED電流，但值得注意的是并非所有的LED驅動(dòng)器 IC中的電流參考電壓都可調。對于那些可調的IC，通常有兩種方式可以實(shí)現：一是向參考電壓調節引腳施加模擬電壓(其中一個(gè)示例則為德州儀器的 LM3409)，二是利用諸如I2C的數字通信接口來(lái)調整參考電壓(示例為德州儀器的TPS92660，其中I2C接口允許用戶(hù)通過(guò)I2C命令實(shí)現LED 電流參考電壓的調整)。

對于通過(guò)調整LED電流檢測電壓實(shí)現模擬調光的方法，由于大多數應用中的電流檢測電阻均小于1Ohm，使用電位計來(lái)改變此值顯得不甚實(shí)際。相反，通過(guò)注入外部DC電壓可改變IC的CS(電流檢測)電壓。圖2顯示的是以改變電流檢測電壓為運行原理的典型模擬調光電路，CS引腳的電壓由以下方程式?jīng)Q定：

在穩態(tài)下，CS引腳電壓等于參考電壓。LED電流的調整可通過(guò)調整外部DC電壓VADJ或可變電阻器R2的值來(lái)實(shí)現。

然而在色彩混合應用中，模擬調光存在一項缺點(diǎn)。LED色溫會(huì )隨著(zhù)電流變化而變化，且在模擬調光期間LED的亮度及顏色也可能會(huì )改變，特別是電流變化幅度較大時(shí)。因此在這些條件下系統可能無(wú)法生成所需的顏色。PWM調光

PWM調光實(shí)際上是在固定的工作周期及頻率下打開(kāi)和關(guān)閉LED。假設切換或多工速度足夠快(通常為200Hz或更高)，人眼幾乎察覺(jué)不到LED的開(kāi)/關(guān)切換。采用PWM調光的LED電流由以下方程式?jīng)Q定：

其中IDIM是已調光LED電流，D為PWM調光信號的持續工作周期，ILED則是供應至已切換LED燈串的恒定電流。

許多LED驅動(dòng)器IC均配有一個(gè)可接收由微控制器發(fā)出的PWM調光輸入信號的PWM調光輸入引腳。通常來(lái)說(shuō)，驅動(dòng)器IC僅在PWM調光信號弱時(shí)關(guān)閉 MOSFET驅動(dòng)器。而MOSFET驅動(dòng)器會(huì )在信號強時(shí)打開(kāi)。在PWM調光關(guān)閉周期內，內部電路完全正常運作；這可以防止IC重啟，進(jìn)而引起PWM調光上升沿的延遲。

對于開(kāi)關(guān)電源LED驅動(dòng)器，LED燈串中通常安裝了一個(gè)用于濾除高頻切換噪音的電容器。此電容器可以放緩PWM調光LED電流的上升沿和下降沿，因此在高頻、低工作周期PWM調光應用中，可以省去此電容器。圖