开关模式驱动电路的LED调光方法

它改变了白炽灯钨丝发光与节能灯三基色粉发光的原理,而采用电场发光。据分析,LED的特点非常明显,寿命长、光效高、无辐射与低功耗。LED的光谱几乎全部集中于可见光频段,其发光效率可超过150lm/W(2010年)。

LED的发光特性

目前的新技术使LED能够达到很高的功率水平,LED的功率能够达到1W,甚至有些达到5W,光效达到60-85LM/W,这种LED设备称为高亮LED(HB-LED)。目前我们用在照明上LED都是HB-LED,一般都是选择1W的LED通过串并联的方式组成大功率LED灯,尤其以串联为主。

二、LED调光方法

采用单级FLYBACK拓扑结构,多了一个调光信号控制回路。

由于传统的白炽灯调光器采用可控硅调光器,用LED灯替代白炽灯时,要求不能改变原有线路,还要能适应现有的可控硅调光器。针对这一目标市场,目前很多大的半导体厂商(包括国际半导体厂商)都已经推出了自己的LED调光ASIC,但由于LED固有的发光原理,目前市面上的LEDASIC调光案都还不是很成熟,都有其固有的问题,本文就将针对目前的调光方案做一个详细的分析,并介绍我们基于MCU的调光方案。

三、开关模式LED驱动器的调光技术

采用降压拓扑的一个LED驱动器。Vin必须始终高于LED和RSNS上的电压之和。电感电流为LED电流,该电流通过监控CS引脚的电压进行调节。当CS开始低于设置的电压时,流经L1、LED和RSNS的电流脉冲的占空比增加,从而增加LED的平均电流。

1、模拟调光

LED的模拟调光是对LED电流的每个周期进行调整。更简单地说,它是不断调整LED的电流水平。

模拟调光可以通过调整电流检测电阻RSNS,或用模拟电压驱动IC的某个调光功能引脚来完成。模拟调光的两个示例。

a.通过调整RSNS进行模拟调光

可以明显看出使用固定CS参考电压时,RSNS值的变化将对应LED电流的变化。如果可以找到能够处理高LED电流,同时还可以提供sub-1欧姆值的电位器,这将是LED调光的一个可行的方法。

b.通过用直流电压驱动CS引脚实现模拟调光

更复杂的技术是通过用电压驱动CS引脚直接控制LED每个周期的电流。通常将电压源插入采样LED电流的反馈回路,并通过放大器进行缓冲。LED电流可以通过放大器的增益进行控制。使用该反馈电路,可以实现电流和热量返送之类的功能,以便进一步保护LED。

模拟调光的缺点在于发出光线的色温会随着LED电流的某个函数发生变化。当LED的颜色至关重要,或特定LED的色温在LED电流变化时发生很大改变的情况下,通过改变LED电流,从而对LED的输出进行调光将被禁止。

2、脉宽调制调光(即PWM调光)

在镍氢电池智能充电器中采用的脉宽PWM法,它是把每一脉冲宽度均相等的脉冲列作为PWM波形,通过改变脉冲列的周期可以调频,改变脉冲的宽度或占空比可以调压,采用适当控制方法即可使电压与频率协调变化。可以通过调整PWM的周期、PWM的占空比而达到控制充电电流的目的。

LED的调光现在与调光波形的占空比成正比,可由下面的公式控制:

IDIM-LED=DDIM×ILED

其中IDIM-LED是LED平均电流,DDIM是调光波形的占空比,ILED是当选择的RSNS时,额定LED的电流设置。

PWM的一个优点是从处理器到被控系统信号都是数字形式的,无需进行数模转换。让信号保持为数字形式可将噪声影响降到。噪声只有在强到足以将逻辑1改变为逻辑0或将逻辑0改变为逻辑1时,也才能对数字信号产生影响。对噪声抵抗能力的增强是PWM相对于模拟控制的另外一个优点,而且这也是在某些时候将PWM用于通信的主要原因。从模拟信号转向PWM可以极大地延长通信距离。在接收端,通过适当的RC或LC网络可以滤除调制高频方波并将信号还原为模拟形式。总之,PWM既经济、节约空间、抗噪性能强,是一种值得广大工程师在许多设计应用中使用的有效技术。

四、LED驱动器

a.调制LED驱动器

许多现代LED驱动器具有专门的PWMDIM引脚,可以接受较宽范围的PWM频率和振幅,从而与外部逻辑的接口变得非常简单。DIM功能在关闭输出驱动电路的同时,使内部电路继续工作,从而避免重新启动IC造成的延迟。也可以使用输出启用引脚及其它逻辑关闭功能。

b.双线PWM调光

双线PWM调光是用于汽车内部照明的常见方法。当VIN被调制为低于VIN-NOMINAL的70%时,VINS引脚(图2)检测电压的变化,并将PWM波形转换为和输出驱动电路相应的PWM。这种方法的缺点是转换器的电源必须包含一个电路,以便为其直流输出提供PWM波形。

快速调光与关闭输出的缺点在于效率的损失。当分流器打开时,VShuntdevice×ILED的功耗转化为热量。使用低RDS-ONFET将限度地减少这种效率损失。

五、LM3409多种调光功能

美国国家半导体的LM3409是一种的LED驱动器,可以轻松实现模拟和PWM调光功能。在此部件上可以有四种方法实现LED调光:

1.直接使用0V至1.24V的电压源驱动IADJ引脚实现模拟调光;

2.通过在IADJ引脚与Gnd之间放置电位器实现模拟调光;

3.使用Enable引脚实现PWM调光;

4.通过外部分流器FET实现PWM调光。

LM3409通过连接电位器实现模拟调光。内部5mA电流源在RADJ上产生电压,该电压反之改变内部电流检测阈值。使用直流电压直接驱动IADJ引脚可以获得同样效果。

测得的LED电流与IADJ引脚和Gnd之间的电位器电阻的关系图。1Amp处的平顶表示额定LED电流,该值所示的电流检测电阻RSNS设置。

将测得的LED电流显示为IADJ引脚上的驱动直流电压的函数。请注意RSNS设置了相同的LED电流。

两种模拟调光选项均可轻松实现并提供线性极强的调光性能,直到低至值10%左右的水平。

六、对LED进行调光方法有很多

针对开关模式稳压器供电的LED进行调光可以有许多方法。两类主要的方法:PWM和模拟法均各有利弊。PWM调光可以显着减少LED的颜色变化,与此同时,让亮度水平发生变化,但前提是需要添加逻辑电路来产生PWM波形。模拟调光的电路更加简单,但可能不适合那些要求恒定色温的应用。

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