模擬-PWM調(diào)光搭配得宜LED照明色彩更繽紛

1、模擬 /PWM 調(diào)光搭配得宜LED 照明色彩更繽紛類比式 LED 調(diào)光設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且成本低，但不適合需要穩(wěn)定色溫的應(yīng)用；數(shù)位式PWM 調(diào)光色溫控制較佳，但須搭配MCU ，增加系統(tǒng)成本。設(shè)計(jì)人員應(yīng)考量應(yīng)用需求，選擇最適合的調(diào)光方案，方能達(dá)到理想的LED 照明色彩及亮度。在建筑、區(qū)域與崁燈等照明應(yīng)用中，色彩準(zhǔn)確度非常重要，而發(fā)光二極體（ LED ）很適合提供準(zhǔn)確色彩。 LED 顏色可隨著混合紅、 藍(lán)、綠、黃、白等各色而異； 當(dāng)多種色彩混合時(shí)，亮度必須調(diào)整。本文針對(duì)多種 LED 混色的調(diào)光技巧進(jìn)行介紹。準(zhǔn)確頻道亮度調(diào)控 LED 實(shí)現(xiàn)豐富色彩每顆 LED 晶體只能發(fā)出單色光，若希望創(chuàng)造其他色彩，可運(yùn)用紅、

2、綠、藍(lán)三原色的LED燈混合，只要切換紅、綠、藍(lán)LED 頻道，即可產(chǎn)生七種基本色彩（紅、綠、藍(lán)、黃、紫、淺綠、白）。如果需要更豐富的色彩，只須控制三原色的LED 燈光亮度，就能產(chǎn)生眾多色彩，包括調(diào)整各 LED 頻道的亮度，并控制通過(guò)各 LED 串的電流調(diào)控明暗。改變 LED 白光燈的色溫時(shí)，通常調(diào)整紅色與白色的 LED 串即可。調(diào)整 LED 明暗共有兩種基本方式：類比（ Analog ）與脈沖寬度調(diào)變（ PWM ）。兩者都是藉由安裝開關(guān)模式或線性 LED 驅(qū)動(dòng)器，控制通過(guò) LED 串的平均電流，以改變 LED 的亮度。圖 1 為雙串 LED 驅(qū)動(dòng)器，其中包括一個(gè)降壓切換器與一個(gè)線性穩(wěn)壓器。兩個(gè)L

3、ED 串均可選擇類比或 PWM ，兩者各有優(yōu)缺點(diǎn)，多數(shù)應(yīng)用是依據(jù)混色表現(xiàn)需求選擇調(diào)整方式。圖 1 雙串可調(diào)光 LED 驅(qū)動(dòng)器，包含一個(gè)降壓轉(zhuǎn)換器與一個(gè)線性穩(wěn)壓器。類比調(diào)光須掌握電流變化幅度LED 類比調(diào)光是藉由控制通過(guò)LED 串的恒電流，達(dá)到調(diào)整明暗效果，可控制晶片內(nèi)的LED電流參考電壓，或是控制晶片外的LED 電流感測(cè)電壓。大多數(shù)的 LED 驅(qū)動(dòng)器，其內(nèi)部包括切換穩(wěn)壓器與線性穩(wěn)壓器，其中的LED 電流高低由公式 1決定：.。公式 1VREF 為晶片內(nèi) LED 電流參考電壓， RSNS 為電壓感測(cè)電阻。藉著改變 VREF 可調(diào)整 LED 電流。有些 LED 驅(qū)動(dòng)器晶片并不允許使用者改變LED

4、電流參考電壓，而在允許改變LED 電流參考的晶片里，通常有兩種改變方式：一是在晶片提供的參考電壓調(diào)整接腳上加入類比電壓； 二為透過(guò) I2C 等數(shù)位通訊介面調(diào)整參考電壓，以圖 1 為例，可藉由 I2C 的指令調(diào)整 LED 電流參考電壓。另一種類比調(diào)光方式為改變LED 電流感測(cè)電壓。多數(shù)應(yīng)用的電流感測(cè)電阻低于1歐姆（ ohm），也因此，沒(méi)有必要使用電位計(jì)來(lái)改變電流感測(cè)電阻，藉由在晶片的電流感測(cè)接腳上，再加入外部直流電壓即可達(dá)成效果。圖 2 所呈現(xiàn)的是改變電流感測(cè)電壓，其典型類比調(diào)光線路， CS 接腳的電壓則可參考下列公式 2：圖 2類比調(diào)光線路范例。公式 2在穩(wěn)定的狀態(tài)下， CS 接腳電壓會(huì)與參考

5、電壓相等。透過(guò)調(diào)整外部的直流電壓，或是調(diào)整可變電阻 R2 值，即可以改變LED 電流。在混色應(yīng)用中使用類比調(diào)光將會(huì)發(fā)現(xiàn)一項(xiàng)缺點(diǎn)，此即由于LED 色溫會(huì)隨電流變化，如果類比調(diào)光電流改變較大，LED 亮度與顏色可能也會(huì)生變，導(dǎo)致無(wú)法產(chǎn)生理想色彩。PWM 調(diào)光色溫控制精準(zhǔn)PWM 調(diào)光是以固定循環(huán)周期，以及頻率開關(guān)LED 來(lái)決定，其調(diào)光的LED 電流計(jì)算可參考下列公式 3：.。公式3IDIM 為調(diào)光后的 LED 電流， D 為 PWM 調(diào)光訊號(hào)的周期循環(huán)， ILED 則為無(wú)調(diào)光的 LED 電流。LED PWM 調(diào)光頻率通常高于200Hz，肉眼無(wú)法察覺。許多LED 驅(qū)動(dòng)器晶片均具備PWM調(diào)光輸入接腳，可

6、接收微控制器（MCU ）產(chǎn)生的 PWM 調(diào)光輸入訊號(hào)。通常只有PWM 調(diào)光訊號(hào)變?nèi)鯐r(shí)，驅(qū)動(dòng)器晶片才會(huì)關(guān)閉金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效電晶體（MOSFET）驅(qū)動(dòng)器；等到訊號(hào)轉(zhuǎn)強(qiáng)， MOSFET 驅(qū)動(dòng)器又會(huì)開啟；此外，內(nèi)部線路在PWM 調(diào)光循環(huán)關(guān)閉時(shí)仍繼續(xù)運(yùn)作，避免晶片必須重新啟動(dòng)，造成PWM 調(diào)光上升緣延遲。在開關(guān)模式 LED 驅(qū)動(dòng)器中，電容通常會(huì)放在 LED 串之中，過(guò)濾高頻率切換雜訊，亦可減緩 PWM 調(diào)光 LED 電流的升降緣。 因此，高頻率低循環(huán) PWM 調(diào)光應(yīng)用必須移除電容。 圖 3 呈現(xiàn) LED 降壓穩(wěn)壓器無(wú)輸出電容的 PWM 調(diào)光波形。圖 3 PWM 調(diào)光 LED 電流波形類比至 PWM

7、調(diào)光具過(guò)熱保護(hù)功能有些 LED 驅(qū)動(dòng)器晶片具備類比至 PWM 調(diào)光功能，晶片調(diào)光接腳接收類比訊號(hào)后，轉(zhuǎn)換為 PWM 調(diào)光訊號(hào)。 PWM 調(diào)光頻率固定，且循環(huán)周期與輸入類比訊號(hào)級(jí)成比例。照明應(yīng)用里若無(wú) MCU ，則類比至 PWM 調(diào)光方案助益極大。類比至 PWM 調(diào)光設(shè)計(jì)可發(fā)揮過(guò)熱保護(hù)功能，如果 LED 板地溫度超過(guò)設(shè)定值， PWM 調(diào)光便可以降低 LED 電流。分流 FET PWM 調(diào)光適用于高頻率分流 FET PWM 調(diào)光通常用于極高頻率的 LED PWM 調(diào)光。圖 4 呈現(xiàn)以降壓穩(wěn)壓器為基礎(chǔ)的分流 FET PWM 調(diào)光線路，外部分流 FET 擺放位置與 LED 串平行，以迅速繞過(guò)轉(zhuǎn)換器輸出

8、電流；當(dāng)分流 FET 開啟時(shí)， LED 串關(guān)閉，反之亦然。所以， LED 串透過(guò)分流 FET 達(dá)到有效的 PWM 調(diào)光。有些 LED 驅(qū)動(dòng)器晶片提供 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器，做為分流 FET PWM 調(diào)光之用，故不需外部 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器。圖 4 分流 FET PWM 調(diào)光范例在分流 FET PWM 調(diào)光過(guò)程中，切換穩(wěn)壓器的電感電流維持不變，電感電流升降不會(huì)造成延遲。若具備功能強(qiáng)大的 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器，分流 FET 能以極高速開關(guān)，故 PWM 調(diào)光的 LED 電流升降緣相當(dāng)尖銳。分流 FET PWM 調(diào)光很適合高頻率 PWM 調(diào)光應(yīng)用。理想LED照明有賴多方考量在LED混色應(yīng)用中，調(diào)光對(duì)達(dá)成理想色彩及亮度相當(dāng)重要。LED調(diào)光方式眾多，主要有類