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控制多個LED的功率及成本

更新時間: 2019-03-25
閱讀量:241

在此提供了一個兼具功效及成本效益的方法以實現對LED燈的控制。

在傳統的方法中,針對每一LED均配備了專用的脈寬調制(PWM)控制器以控制至多個LED的輸出,并通過控制器將輸出電壓轉換為供給LED的電流。電壓控制脈寬調制控制器常用于此用途。電流感應電阻與LED串聯配置,將電壓值反饋給控制器。因此,控制器實際上是工作于電壓模式,并保持恒定的取樣電壓值,從而保持恒定的電流。

R1采樣流經D1 的電流。其結果電壓將在脈寬調制控制器中與一個基準電壓進行比較,以確保開關在每一時鐘周期的確定百分比的時間內閉合。在開關閉合期間,有足夠的能量被轉換至輸出,以產生所需的電流,該電流流經R1。如果過多或過少的能量被轉換,R1兩端的電壓將增加或減少,從而改變開關閉合的時間。上述轉換的結果是閉環系統維持了R1兩端的電壓值,使其等于基準電壓,并為二極管D1輸送了恒定的電流,其電流值為:

上述方法的難點在于當應用中存在若干個LED時,每一LED都需要獨有的控制器,且相應的需要更高的成本及板載空間。同時,由于控制器設計用于輸出恒定的電流,因而典型的采用了較大的輸出電容值,從而限制了對控制命令的快速響應程度。 

一般的應用采用了多個彩色LED來產生白色光。此時,將至少需要紅、綠及藍三種LED。但此類應用通常包括了第4或第5個LED以試圖獲取特殊色調的白光。在典型的三色控制設定中,LED電流設定為特定的比例,50%至64%為綠光、25%至40%為紅光、5%至15%為藍光。該白光的合成(mimic)混合了一定頻譜比例的紅、綠及藍光。上述合成方法需要采用三個分立的脈寬調制控制器,相應的增加了成本。每一控制器為單個LED供電,并通過改變其各自的脈寬調制責任周期完成對亮度的調節。

簡化方法 

該替換方法將產生一致的電流,并將LED串行連接配置。對于亮度的控制可通過與每一LED并聯的場效應管(FET)開關實現。當FET開關打開,其共通的電流將分流繞過LED并使其關閉。其控制裝置(control mechanism)可用于調整LED,以控制每一時鐘周期內確定百分比的導通及關閉。該方法如圖2所示,圖中串行的LED具有相同的電流,并通過各自獨立的并行FET開關實現調節。

通過LED串底部的感應電阻的控制,單個控制器可提供某一確定電流值。該系統由外部微控制器控制,以驅動電平偏移驅動器,實現對并聯FET的控制。亮度的控制是通過調節每一FET的關閉時間百分比實現的,在FET關閉期間,電流將流經其各自的LED。此方法最大的優勢就在于可應用廉價控制器的處理能力,以克服了某些LED的缺點。例如,藍色LED效率較低,通常需要更高電流的驅動已達到亮度的平衡。通過適當的縮放FET的責任周期也可解決此問題,并產生同樣的亮度平衡。由于是電流密度控制了光的輻射輸出,輔助的亮度補償方法將改善亮度的不均衡現象,該方法并聯配置了兩個更大的LED二極管,同時使得單個特定LED色彩的固有亮度有所減弱。

通過LED串底部的感應電阻的控制,單個控制器可提供某一確定電流值。該系統由外部微控制器控制,以驅動電平偏移驅動器,實現對并聯FET的控制。亮度的控制是通過調節每一FET的關閉時間百分比實現的,在FET關閉期間,電流將流經其各自的LED。此方法最大的優勢就在于可應用廉價控制器的處理能力,以克服了某些LED的缺點。例如,藍色LED效率較低,通常需要更高電流的驅動已達到亮度的平衡。通過適當的縮放FET的責任周期也可解決此問題,并產生同樣的亮度平衡。由于是電流密度控制了光的輻射輸出,輔助的亮度補償方法將改善亮度的不均衡現象,該方法并聯配置了兩個更大的LED二極管,同時使得單個特定LED色彩的固有亮度有所減弱。

由于此為恒定電流系統,在脈寬調制的輸出端無需大的輸出能力。從而不僅節省了元件成本,同時還有助于系統更快的響應輸出電壓的改變。此類改變的電壓上升源于FET開關的導通,而電壓下降的改變則源于LED下跌至某一更小的值(因FET的導通阻抗(Rdson)而導致)。 下方的圖5舉例說明了當某通道導通或關閉時的快速響應情況。如圖所示,當脈寬調制控制器的控制環路無過沖或不穩定時,轉換是平滑的。

通過數字輸入控制LED串,用戶可使用微處理器輕松的實現燈光特效,包括了簡單的亮度調節、色彩改變直至光的方向性控制。通過相應的簡單附加電路,用戶還可使用此方法實現對LED亮度(可能隨溫度及時間而變)的補償。其它例子特別展示了當使用廉價的處理器及溫度感應時,紅光LED的溫度漂移(在光通量[luminous flus]超過50 degrees C時約為40%)可通過比例的改變紅光LED的責任周期以實現調節。此外,老化效應還可通過單個光傳感器對單個LED的周期性采樣,并與早先存儲于EEPROM中的光通量值進行比較的結果進行處理。處理器可調節責任周期以恢復色彩平衡,并保持所需的色彩。此電路的方法提供了一個簡單的方式以通過處理器控制多個LED。通過此方法,針對LED老化及易變性的解決方案將以一種更為經濟高效的方式實現。 


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