LED照明亮度控制新技術特征與應用
點擊次數：更新時間：2015-08-25【打印】
1、前言
如今電源管理技術的發展趨勢是，以太網供電技術巨大市場近在咫尺，電源IC應身兼多職，電源轉換IC集成LDO和DC/DC轉換器，LED/LCD/OLED驅動器以及其他的功率半導體器件和電源模塊。而本文僅對LED/LCD/OLED驅動器中的調光控制技術作研討。這是因為LED推動了照明革命。LCD背光仍是主要LED應用，其LED已經被用于各種室內及室外裝飾照明應用，而且開始著眼于手電、花園燈和街燈等通用照明應用。這些用途為LED照明正在家庭與企業照明領域開辟市場。LED通用照明的未來是發光效率超過100 lm/W的高通量LED的開發，使得LED不需要逆變器就能利用交流電工作，從而推動LED更加接近主流的通用照明市場。因而背光照明的亮度控制是LED照明革命中的重要技術，于是便有下文所述的LED照明亮度控制的新技術特征與應用的分析介紹。
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2、背光照明亮度控制的拓撲
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背光照明亮度控制的拓撲即調光方法，包括使用低頻和高頻信號進行脈寬調制（PWM）、直流電壓控制及電阻調光等調光技術，以下僅介紹直流電壓控制及PWM調制技術。
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2.1直流電壓調光
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圖1是以ZETEX的ZXLD1350驅動器為例的典型直流電壓調光示意圖。
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ZXLD1350驅動器是連續電感式降壓轉換器，內置多開關而輸出電流達350mA，輸入電壓范圍在7V至30V之間。其特點是ZXLDl350配備多功能的調節腳，可通過控制LED的電流，以多種方式調節LED的亮度。
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圖1：直流電壓調光示意圖
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TLV431作為分路調節器，以產生外置的1.25V電壓基準。此電壓基準被運用至VRl電位以提供0V-1.25V的調光電壓。使用外置的調節器，將影響電流設定的準確性。相對于內置電壓基準，使用1%電壓基準，使LED電流更加準確。
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調節針可通過外置的直流電壓（VADJ）進行過驅動，以獲得超過內置的電壓基準，并調整輸出電流使其超出或低于額定值。此時的額定輸出電流為：
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請注意，100%的亮度設定與VADJ=VREF相對應。如果VIN達到最大值2.5V，則RSENSE應增加2倍。這將使功率小幅降低1%到2%。調節針的輸入阻抗為200kV+20%。如果直流電壓的輸出阻抗相對較高，可能有所影響。
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2.2新的調光技術--PWM調制技術的應用
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LED發出光的波長與器件內被驅動的正向電流關系密切。為了防止色調變化，須精心選擇調光方法。以往最常用的調光方法是改變器件上的正向電流或電壓。不幸的是電流或電壓的變化都會改變光的波長，這種效應與波長成正比，較長的波長經受的色調對電流的變化最強。在很多應用中，這種結果是不能接受的，如果采用PWM調制技術，就可以給LED正確調光，不會引起波長變化。LED的通斷操作是通過改變占空比實現的，這時正向電流（1F）是恒定電流。
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2.2.1低頻高頻調光應用
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⑴低頻調光。由于LED具備穩定的瞬時驅動電流，因而適合采用低頻凋光。LED的色溫在所有亮度下保持不變。低頻調光的另一個優點是可將亮度降至1%。因此調光范圍為100：1。而頻率選擇是為避免可見閃爍， PWM信號必須大于100Hz。如果所選的頻率過高，內置低通濾波器將開始合并PWM信號，并產生非線性反應。同時調節針的軟啟動功能將導致PWM信號的上升或下降發生延遲。這將使LED電流具有非線性特性，在頻率增加時影響更為顯著。
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常見的低頻和高頻信號進行脈寬調制示意圖如圖2所示。該圖是以ZETEX的ZXLD1350驅動器為例的脈寬調制示意圖。
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圖2：以ZXLD1350驅動器為例的脈寬調制示意圖
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建議低頻的上限為lkHz。電感器可能聽得見的噪音的影響也需要加以考慮。某些線圈松動的電感器可能出現此類情況，PWM頻率為lkHz時將比100Hz更加明顯。
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⑵高頻調光
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如果系統要求低輻射和輸入/輸出諧波，則適合采用高頻調光。但調光范圍將降至5:l。ZXLDl350具備整合高頻PWM信號的內置低通濾波器，可進行直流調光控制。如果PWM頻率高于10kHz左右，且占空比大于指定的最小值，裝置將保持工作狀態，輸出也將持續不變。
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⑶輸入緩沖晶體管
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進行PWM調光時，輸入雙極晶體管Q宜使用集電極開路輸出（如圖2所示）。以確保達到200mV的輸入關閉閾值。不使用緩沖晶體管也可直接進行PWM控制，但必須格外謹慎。該操作將使內置的1.25V電壓基準負荷過重。如果100%PWM（直流）使用2.5V輸入電壓，進入LED的輸出電流將達到正常電流的2倍。并可能損壞ZXLDl350。使用5V邏輯信號進行過驅動將極有可能在超出調節針額定電壓時損壞裝置。
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⑷軟啟動及去耦電容器
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調節針上的任何附加電容器都將影響PWM信號上升和下降。由于上升時間將增加大約0.5ms/nF，因此需對此加以考慮。將其與100Hz PWM進行對比，50%占空比時開啟時間Ton，及關閉時間Toff為5ms，1%占空比時開啟時間Ton為0.1ms。調節針上的lnF將導致0.5ms的上升時間，這將造成以低占空比進行調光時出錯和受到限制。