LED燈具也要智能控制 走出差異化怪圈

LED風(fēng)風(fēng)火火了這么久，躋身LED的人越來(lái)越多，倒閉潮、并購潮不能改變大家對LED的熱情，做傳統燈具的來(lái)做LED照明，做節能燈的來(lái)做LED照明，只要跟照明沾邊的行業(yè)都跑來(lái)做LED，在這樣的大環(huán)境下，看看差異化的設計。

　　LED照明的出現改變了照明的使用方式，在LED燈具中加入智能控制及調色功能為設計人員開(kāi)創(chuàng )了新的機會(huì )。LED效率高、具調光能力、壽命長(cháng)等優(yōu)勢，能讓可變色燈具的效率更高、更具成本效益并且更加容易取得。數碼信號控制器(DSC)可驅動(dòng)各種創(chuàng )新應用，能實(shí)現更高效率的LED驅動(dòng)、更精確的色彩控制并與外部有著(zhù)更良好的溝通。以上優(yōu)勢匯集使得設計人員擁有更大的自由開(kāi)發(fā)高度差異化的LED照明燈具。

　　低功率指示器LED為許多產(chǎn)品的基本，大多數工程師都很熟悉其簡(jiǎn)單的設計。只要一個(gè)電壓源以及具有正確數值的串聯(lián)電阻，便能將LED電流保持在小于5毫安的水平。透過(guò)連接至微控制器的通用型輸入輸出(GPIO)接腳，可讓LED閃爍;然而，要將超過(guò)350毫安的順向電流串接在一起形成高亮度、高電流LED，其設計會(huì )變得相當復雜。設計人員在溫度變化及LED本身的高溫問(wèn)題外，還需面臨電流控制的挑戰。

　　圖一：使用脈沖電流進(jìn)行調光，顏色變化上不易察覺(jué)。

　　圖二：驅動(dòng)單顆LED或LED燈串的降壓技術(shù)。

　　電流控制

　　高亮度LED需維持在一個(gè)相對高的定電流來(lái)保持一定的亮度和顏色。LED的光通量與流經(jīng)LED的順向電流成正比，要達到一致的顏色和光線(xiàn)輸出，關(guān)鍵是恒定的順向電流。順向電流會(huì )跟著(zhù)電壓源產(chǎn)生改變，造成LED發(fā)射出的光線(xiàn)變動(dòng)。因此，需使用能主動(dòng)調節順向電流的電源供應器來(lái)驅動(dòng)。

　　溫度控制

　　一般而言，LED的順向電壓會(huì )隨著(zhù)溫度上升而增加，即使順向電流是不變且經(jīng)過(guò)調整的。高功率LED會(huì )產(chǎn)生熱能，導致LED壽命縮減并提早發(fā)生故障?？刂芁ED的順向電流能讓個(gè)別設計根據目標順向電流及預估順向電壓來(lái)決定散熱水平。使用溫度感應器提供了一個(gè)監控溫度狀況的方法。

　　色彩控制

　　LED幾乎可以瞬間改變輸出光線(xiàn)，適用于需迅速改變顏色的燈具。只要簡(jiǎn)單調整每一個(gè)LED的亮度，就可以紅色、綠色和藍色的LED燈串創(chuàng )造出任何顏色。提高或降低每一個(gè)LED的順向電流為其中一種方法，但順向電壓的改變不僅會(huì )改變亮度，也會(huì )稍微改變LED的顏色。在需要精確顏色的應用上將會(huì )造成問(wèn)題。

　　另一種方法是采用脈沖電流(pulsedcurrent)，此方法能提供相同的調光效果，卻不會(huì )讓顏色出現可察覺(jué)的變化。圖一中紅色虛線(xiàn)代表平均脈沖電流可創(chuàng )造出的亮度變化，同時(shí)保持LED順向電壓的一致性。在顏色上不會(huì )產(chǎn)生可察覺(jué)的變化?！　?strong style="word-break: break-all; ">數碼調光控制

　　使用脈沖電流技術(shù)來(lái)進(jìn)行調光，數碼信號控制器可大幅簡(jiǎn)化其設計。數碼信號控制器上的先進(jìn)脈沖寬度調變(PWM)模塊，可用來(lái)產(chǎn)生PWM信號，用來(lái)控制LED的功率級。PWM模塊具有重置輸入，可以透過(guò)快速并精確地關(guān)閉PWM輸出來(lái)控制電流，實(shí)現LED調光。調光的數量介于全滅(0)及全亮(255)數值之間的量化數字。將LED亮度設定為50%，計數器會(huì )從0數到255，并在128(50%)時(shí)關(guān)閉PWM的輸出，這時(shí)將無(wú)任何電流通過(guò)LED;當計數器到達最大值255時(shí)會(huì )歸0，同時(shí)PWM會(huì )重新啟動(dòng)。不斷重復此過(guò)程便能產(chǎn)生LED調光所需的脈沖電流。一般會(huì )使用400Hz以上的頻率來(lái)確保人眼無(wú)法看見(jiàn)LED的閃爍。

　　數碼LED驅動(dòng)

　　除了調光控制外，數碼信號控制器也能主動(dòng)提供電源來(lái)控制流向高亮度LED的順向電流。降壓和升壓開(kāi)關(guān)模式電源供應技術(shù)(SwitchModePowerSupply;SMPS)能被用來(lái)為L(cháng)ED供電。

　　若LED或LED燈串的順向電壓小于電源電壓，便可使用降壓技術(shù)。如圖二所示，在此技術(shù)中，PWM會(huì )控制開(kāi)關(guān)(Q)，以及當開(kāi)關(guān)(Q)關(guān)閉時(shí)對應于LED順向電流的感測電阻(Rsns)電壓。數碼信號控制器的比較器被用來(lái)比較流經(jīng)電阻(Rsns)的電壓及可配置的內部參考電壓，此參考電壓與LED所需的順向電流成正比。感測電壓大于內部參考電壓時(shí)，類(lèi)比比較器會(huì )阻止PWM打開(kāi)開(kāi)關(guān)(Q)，電感(L)會(huì )將儲存電流放電至二極管(D)及LED。在下一個(gè)PWM周期開(kāi)始時(shí)，開(kāi)關(guān)(Q)會(huì )關(guān)閉;然后不斷重復此過(guò)程。數碼信號控制器可主動(dòng)調整流至LED的順向電流，無(wú)需動(dòng)用任何CPU的資源。

　　反之，若LED或LE