開關模式ＬＥＤ驅動器的調光技術

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摘要：線性電流源由于其耗電性而不再被節能意識日益增強的世界所接受，開關模式的LED驅動器早已取代其成為現今的標準。此處描述的是LED的一些基本理論，以及用于為開關模式LED驅動器提供調光控制的多種技術。

關鍵詞：LED調光；開關模式；PWM

引言

LED發出的可見光的亮度概念相當容易理解。

LED調光方法

對開關模式驅動電路的LED進行調光有兩種常用方法：脈寬調制調光和模擬調光。兩種方法都對經過LED或LED串的時間平均電流進行控制，但在衡量兩種調光電路的優缺點時，兩者之間的差異也很明顯。

圖1顯示采用降壓拓撲的一個LED驅動器。Vin必須始終高于LED和RSNS上的電壓之和。電感電流為LED電流。該電流通過監控CS引腳的電壓進行調節。當CS開始低于設置的電壓時，流經L1、LED和R_SNS的電流脈沖的占空比增加，從而增加LED的平均電流。

模擬調光

LED的模擬調光是對LED電流的每個周期進行調整。更簡單地說，它是不斷調整LED的電流水平。

模擬調光可以通過調整電流檢測電阻R_SNS，或用模擬電壓驅動IC的某個調光功能引腳來完成。圖1顯示了模擬調光的兩個示例。

a通過調整R_SNS進行模擬調光

從圖1可以明顯看出使用固定CS參考電壓時，R_SNS值的變化將對應LED電流的變化。如果可以找到能夠處理高LED電流，同時還可以提供sub-1歐姆值的電位器，這將是LED調光的一個可行的方法。

b通過用直流電壓驅動CS引腳實現模擬調光

更復雜的技術是通過用電壓驅動CS引腳直接控制LED每個周期的電流。通常將電壓源插入采樣LED電流的反饋回路，并通過放大器進行緩沖。LED電流可以通過放大器的增益進行控制。使用該反饋電路，可以實現電流和熱量返送之類的功能、以便進一步保護LED。

模擬調光的缺點在于發出光線的色溫會隨著LED電流的某個函數發生變化。當LED的顏色至關重要，或特定LED的色溫在LED電流變化時發生很大改變的情況下，通過改變LED電流，從而對LED的輸出進行調光將被禁止。

PWM調光

PWM調光方法，實際上是在一小段時間內啟動和重新啟動LED電流。這個啟動和重新啟動循環的頻率必須快于人眼可以感知的速度，以免出現閃爍效果，通常情況下可以被接受的頻率為大約200Hz或更快。

LED的調光現在與調光波形的占空比成正比，可由下面的公式控制：

I_DIM-LED=D_DIM×L_LED其中I_DIM-LED是LED平均電流，D_DIM是調光波形的占空比，I_LED是當選擇如圖3所示的R_SNS時，額定LED的電流設置。

a調制LED驅動器

許多現代LED驅動器具有專門的PWM DIM引腳，可以接受較寬范圍的PWM頻率和振幅，從而與外部邏輯的接口變得非常簡單。DIM功能在關閉輸出驅動電路的同時，使內部電路繼續工作，從而避免重新啟動IC造成的延遲。也可以使用輸出啟用引腳及其它邏輯關閉功能。

b雙線PWM調光

雙線PWM調光是用于汽車內部照明的常見方法。當V_IN被調制為低于VIN-NOMINAL的70％時，VINS引腳(圖2)檢測電壓的變化，并將PWM波形轉換為和輸出驅動電路相應的PWM。這種方法的缺點是轉換器的電源必須包含一個電路，以便為其直流輸出提供PWM波形。

c使用分流器的快速PWM調光

因為轉換器輸出的關閉和啟動的延遲，對PWM調光頻率和占空比的范圍就具有了限制。為了幫助克服這種延遲，可以給LED或LED串并聯一個外部分流器(如圖3中所示的FET)，以便使轉換器的輸出電流快速繞過LED。電感中的電流在“LED關閉期間”保持連續狀態，避免了電感基礎電流上升和下降時的較長延遲。延遲時間現在變為對分流器上升和下降時間的限制。圖3顯示裝有分流器FET的LM3406，以及使用DIM功能引腳與使用分流器FET時LED開／關延遲的比較圖形。在這兩種測量方法中，使用的輸出電容均為10nf，分流器FET為Si3458。

對電流模式轉換器的LED電流進行分流時應小心謹慎，因為當FET打開時，輸出電流會出現過沖。LM340x系列LED驅動器屬于接通時間受控轉換器，不會出現這種過沖。LED的輸出電容應保持較低狀態，從而盡可能提高開／關／開過渡速度。

快速調光與關閉輸出的缺點在于效率的損失。當分流器打開