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LED照明亮度控制新技术特征与应用

上传人:未知

上传时间: 2011-04-20

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  ⑵高频调光

  如果系统要求低辐射和输入/输出谐波,则适合采用高频调光。但调光范围将降至5:l。ZXLDl350具备整合高频PWM信号的内置低通滤波器,可进行直流调光控制。如果PWM频率高于10kHz左右,且占空比大于指定的最小值,装置将保持工作状态,输出也将持续不变。

  ⑶输入缓冲晶体管

  进行PWM调光时,输入双极晶体管Q宜使用集电极开路输出(如图2所示)。以确保达到200mV的输入关闭阈值。不使用缓冲晶体管也可直接进行PWM控制,但必须格外谨慎。该操作将使内置的1.25V电压基准负荷过重。如果100%PWM(直流)使用2.5V输入电压,进入LED的输出电流将达到正常电流的2倍。并可能损坏ZXLDl350。使用5V逻辑信号进行过驱动将极有可能在超出调节针额定电压时损坏装置。

  ⑷软启动及去耦电容器

  调节针上的任何附加电容器都将影响PWM信号上升和下降。由于上升时间将增加大约0.5ms/nF,因此需对此加以考虑。将其与100Hz PWM进行对比,50%占空比时开启时间Ton,及关闭时间Toff为5ms,1%占空比时开启时间Ton为0.1ms。调节针上的lnF将导致0.5ms的上升时间,这将造成以低占空比进行调光时出错和受到限制。

  2.2.2利用线性以及PWM输入信号准确控制亮度

  该方案是采用高度整合的技术。其特点是效率较高而且功耗较低,所需的外置组件也最少并可准确控制温度/亮度。而新型LM3402/02HV开关稳压器可以能满足这方面技术的需要,图3所示为LM3402/02HV开关稳压器的应用示意图。

  图3中的LM3402/02HV开关稳压器设有专用的亮度控制(DIM)接脚,可以利用线性以及PWM输入信号准确控制亮度。利用发光二极管发光的照明系统普遍采用PWM的光暗控制方式控制灯光亮度,这个亮度控制方法已成为业界普遍采用的标准。只要调节正向发光二极管的电流,发光二极管的光线输出量便会按照线性方式增减,但大部分光线的波段会出现偏移现象。部分应用对颜色的要求并不十分严格,因此仍会采用线性的亮度控制方式,但汽车灯如煞车灯、液晶显示器背光以及直接显示的RGB发光二极管对亮度及色彩都有极严格的要求,因此这类应用一般都会采用PWM方式控制亮度。

  

  图3 LM3402/02HV开关稳压器的应用示意图

  LM3402/02HV开关稳压器特征如下:输入电压范围 6V~75V,采用降压稳压器的线路布局;可为发光二极管提供恒定的驱动电流,回授电压为200mV;当RON接脚处于低电位时,停机电流便会进一步降低;准确的PWM亮度控制;开关频率高达1MHz;设有磁滞功能,而且导通时间固定。因此,可以在整个输入电压范围内进行开关频率(FSW)控制。

  2.2.3一个PWM控制的串联开关的应用

  当PWM频率高于100Hz时,人眼是无法察觉单个脉冲的,但是,整合这些脉冲把它们理解为亮度,通过线性改变占空比,就可以线性改变亮度,而不会有任何波长变化。如图4所示,调节LED亮度最常用的方法是一个PWM控制的串联开关。因为正向工作电流相对较高,所以选择开关时必须小心,确保开关能够处理传导损耗。

  

  图4 引用ST公司新型技术的PWM调光技术框图

  为了克服这个问题,这个方案取消了串联开关,而且还提高了能效。图4所示为新的调光技术的框图,引用了ST公司的新型技术。这项新技术存在于两个控制回路内:一个电流回路和—个电压回路(图4所示)。当需要最大的亮度时,电流同路以稳定的正向电流驱动LED;在调光操作期间,电流控制回路将会限制最大输出电流,同时电压回路将维持输出电压低于LED阵列阈值电压之和。当断开LED时,电压回路将控制最大输出电压。该新的调光技术的框图因为不再使用电源开关,就可以得到一个更加低廉的高效解决方案。

  3、增添智能性亮度控制技术的应用

  LED照明应用可以得益于MCU的智能性。MCU可以用于多种任务,包括用户接口、通信、电池状态监控和温度测量。在设计中添加MCU并不意味着加大了复杂性、占用空间或更昂贵。如Microchip提供了PIC10F系列MCU,这些器件采用6引脚SOT-23封装形式。器件内部还有振荡器和复位电路。连接电源并接地,得到4个I/0引脚,这些引脚可以编程设定为执行任何所需的任务。FPIC10F引脚可以用作模拟或数字引脚。FPIC10F系列中有两个器件型号含有模拟比较器模块。有两个FPIC10FP器件型号含有8位模数转换器(ADC)。只需要学习33条汇编指令就可以为PICIOF编写代码。

  MCU在LED照明中的一种应用是进行亮度控制。功率型LED可以通过降低驱动电流进行调光。但是,这不是控制LED亮度的最有效方式。在最高额定驱动电流下,功率型LED达到最佳效率。通过使用低频PWM信号来开关LED可以达到更好的效率。PWM信号连接到SMPS控制IC的使能输入。在打开时,LED始终以最高电流驱动。

  PICl0F206器件为SMPS IC提供了用户按钮接口,并产生PWM控制信号。PIC10F206具有内部振荡器和复位电路,不需要任何外部电路。在这些应用中,PIC10F206器件还可以用于线性化亮度控制或监控电池状态。

  3.1新的解决方案中PWM控制信号如何产生

  有多种方法可以产生PWM控制信号来控制供电电路。带有捕捉—比较-PWM(*)模块的器件可以利用片上数字时基来产生PWM信号,以控制供电电路,从图5所示的使用PIC12HV615比较器的降压LED驱动器输出到Q1的信号可以看出。

  

  图5 使用PIC12HV615比较器的降压LED驱动器

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