TI LED驅動(dòng)解決方案

高亮度 LED 燈在照明方面的運用范圍愈來(lái)愈廣。本文說(shuō)明簡(jiǎn)單的「情境照明燈」，這種照明設備僅采用幾種組件。三個(gè) LED 燈均采用切換式穩壓器來(lái)供應恒定電流，并以 MSP430 微控制器所產(chǎn)生三組 PWM 訊號來(lái)調控亮度。印刷電路板可裝設于霧面玻璃臺燈內，亦可用于間接照明的 LED 聚光燈。

不論LED 燈的功率為何，現在通常都以恒定電流為電源，原因在于LED 燈以流明 (lm) 為單位的光輸出功率會(huì )與電流呈正比。

因此，所有 LED 制造商均指定燈光輸出（有時(shí)稱(chēng)為光效率）、視角和波長(cháng)等參數，作為順向電流 IF 的函數，而非所謂順向電壓 VF 的函數。于是，我們也在電路中采用適合的恒定電流穩壓器。

高亮度 LED 燈的恒定電流

市面上多數切換式穩壓器均設計為恒定電壓來(lái)源，而非恒定電流來(lái)源。只須以簡(jiǎn)單易懂的方式將電路略為修改，即可將恒定電壓穩壓器改為恒定電流的運作方式。我們并未采用常見(jiàn)的電壓分配器來(lái)設定輸出電壓，而是以電流偵測電阻調節電壓降幅。圖 1 概略說(shuō)明了這個(gè)電路。

圖 1 切換式穩壓器可設定為電壓來(lái)源或電流來(lái)源。

調暗 LED 燈光

基本上有兩種方式可調暗 LED 燈光。第一種方式最簡(jiǎn)單，就是運用模擬控制，直接控制流經(jīng) LED 燈的電流，減少電流即可降低亮度?？上н@種方式有兩項重大缺點(diǎn)：首先，LED 燈的亮度與電流大小并非完全呈正比關(guān)系；其次，燈光的波長(cháng)（即顏色）會(huì )隨著(zhù)電流變化而改變，以致于不符該 LED 燈的額定值；這兩種現象都是業(yè)者極力要避免的問(wèn)題。

較復雜的控制方式是采用恒定電流來(lái)源，這種電源已經(jīng)過(guò)設定，可以為L(cháng)ED供應額定的運作電流。新增一個(gè)電路后，即可運用指定的標記間隔率（mark- space ratio）迅速開(kāi)關(guān) LED 燈，減少平均散發(fā)的亮光，因而呈現較低亮度。調整標記間隔率便可輕松調整 LED 燈的亮度，這種方式稱(chēng)為脈沖寬度調節（Pulse Width Modulation, PWM）。

運用 PWM 調暗燈光

以 TPS62260 為例，說(shuō)明 PWM 控制的多種建置方式。TPS62260 是一款具整合式切換組件的同步步降轉換器，以2.25MHz的一般性頻率頻率運作。在圖 2 的電路中，我們以黑色標示出將 PWM 訊號直接連接到 EN（啟用）接腳的可行方式。整個(gè)切換式穩壓器的電路都是根據 PWM 訊號而開(kāi)關(guān)。我們的實(shí)驗結果顯示，在這種設定中，可使用的 PWM 頻率最高可達 100Hz。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于簡(jiǎn)單：不需要使用其它組件，而在切換式穩壓器停用時(shí)，泄露的靜態(tài)電流也極低，因此這也是最節能的方式。但缺點(diǎn)是 LED 燈對于啟用接腳的高層級響應會(huì )延遲，這是因為切換式穩壓器具有「軟啟動(dòng)」功能：裝置啟動(dòng)時(shí)，輸出電流會(huì )逐漸上升，直到達到額定 LED 電流為止。在某些應用中，這種上升現象可能會(huì )造成問(wèn)題，因為在電流從最低值升至正常運作層級時(shí)，LED 燈的發(fā)光波長(cháng)也隨之變化。例如，在 DLP 投影機或 LCD 電視面板的 LED 背光中，便不容許出現前述變化，但在本次示范中，一般肉眼并不能察覺(jué)這個(gè)現象。

第二種方式（圖 2 中以紅色表示），是將 PWM 訊號透過(guò)小訊號二極管而與 TPS62260 的誤差放大器輸入結合。在這個(gè)電路中，施加于控制輸入的600mV 以上正極電壓會(huì )過(guò)度驅動(dòng)誤差放大器而將 LED 關(guān)閉。由于這個(gè)電路未采用啟動(dòng)輸入，因此不受穩壓器軟啟動(dòng)功能的啟動(dòng)延遲所影響，LED 因而能迅速地開(kāi)關(guān)。

在圖 2 中第三種可行方式以藍色標示。這種方法運用 PWM 訊號控制 LED 燈上的 MOSFET。MOSFET 可造成 LED 燈短路，使 LED 燈更迅速開(kāi)關(guān)。穩壓器是以恒定電流模式運作，該電流會(huì )經(jīng)過(guò) LED 燈或 MOSFET。這種方式的缺點(diǎn)包括增加了 MOSFET 的成本以及能源效率不佳：最多可能有 180mW 的電力消耗于 2Ω 電流偵測電阻中。其優(yōu)點(diǎn)則是高切換頻率：實(shí)驗結果發(fā)現，TPS62260 以這種設定運作時(shí)，PWM 頻率可高達 50kH。

圖 2 運用調光器功能的三種方式

散熱情況

運作溫度是高功耗 LED 燈效能的重要參數，會(huì )明顯影響使用壽命、順向電壓、輸出波長(cháng)，甚至是照明裝置的亮度。LED 燈的運作溫度愈高，預期使用壽命愈短，因此，我們用于實(shí)驗的印刷電路板尺寸，必須可在背面以雙面貼附式熱傳導材質(zhì)來(lái)固定 SK477100 型散熱片（由 Fischer Elektronik 制造），以便在 LED 燈以全功耗運作時(shí)，將溫度從 61 °C（未使用散熱片）降至 54 °C（使用散熱片）。散熱片也有助于將熱能分散到印刷電路板的各部分。

光明的未來(lái)

這個(gè)印刷電路板可用來(lái)執作更多功能，例如，電路板上有個(gè)插槽可用于安裝德州儀器的 Z430-RF2500 無(wú)線(xiàn)電模塊。eZ430-RF2500 套件包含兩個(gè)無(wú)線(xiàn)電模塊，其中一個(gè)套件可安裝旋轉編碼器（使用無(wú)線(xiàn)電模塊中微控制器的測試接腳），以建立連接到 LED 燈電路板的無(wú)線(xiàn)電連結。