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  開(kāi)關(guān)方式可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器具有其效率和效率LED這種精確控制電流而聞名。LED驅(qū)動(dòng)器還可以提供調(diào)光功能，促進(jìn)終端用戶在創(chuàng)造奇幻燈光的同時(shí)有效降低功耗?；?臺(tái)單片機(jī)(MCU)該解決方案可以為此類應(yīng)用程序提供必要的模塊，以實(shí)現(xiàn)通信、定制和智能控制功能。此外，集成獨(dú)立于核心的外部設(shè)備，以及純模擬或ASIC與實(shí)現(xiàn)相比，可以顯著提高靈活性，擴(kuò)大照明產(chǎn)品的功能，塑造產(chǎn)品差異化，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。該智能照明解決方案具有故障預(yù)測(cè)和維護(hù)、能量監(jiān)測(cè)、色溫維護(hù)、遠(yuǎn)程通信和控制等功能，功能豐富，將受到青睞。

  盡管LED與以往的照明解決方案相比，驅(qū)動(dòng)器有許多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中也面臨著許多挑戰(zhàn)。但你不必?fù)?dān)心，在閱讀了這篇文章之后，你將知道如何使用8位數(shù)字MCU輕松應(yīng)對(duì)這些設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，進(jìn)而創(chuàng)造出高性能的開(kāi)關(guān)模式LED驅(qū)動(dòng)解決方案，豐富的功能使傳統(tǒng)解決方案只能望其背。

  8位單片機(jī)最多可獨(dú)立控制4臺(tái)LED這是大多數(shù)現(xiàn)成的通道LED驅(qū)動(dòng)器控制器所不具備的獨(dú)特能力。在圖1中，LED調(diào)光引擎可由單片機(jī)提供的外設(shè)組成。這些發(fā)動(dòng)機(jī)都有獨(dú)立的封閉通道，很少甚至不需要中央處理單元(CPU)干預(yù)可以控制開(kāi)關(guān)方式的電源轉(zhuǎn)換器。這樣就可以釋放出來(lái)。CPU執(zhí)行系統(tǒng)中的監(jiān)控功能、通信功能或新增智能功能等其他重要任務(wù)。

  圖1：通過(guò)Microchip的PIC16F1779 8位單片機(jī)控制四個(gè)LED串的圖示

  LED調(diào)光引擎

  在圖2中，基于電流模式升壓轉(zhuǎn)換器的LED驅(qū)動(dòng)器由LED調(diào)光引擎控制。該引擎主要由互補(bǔ)輸出發(fā)出發(fā)生器(COG)、數(shù)字信號(hào)調(diào)制器(DSM)、比較器、可編程斜坡發(fā)生器(PRG)、運(yùn)算放大器(OPA)和脈寬調(diào)制器3(PWM3)等獨(dú)立于內(nèi)核的外設(shè)(CIP)組成。這些CIP與固定穩(wěn)壓器(FVR)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)和捕捉/比較/PWM(CCP)等其他片上外設(shè)一起組成完整的引擎。COG將高頻開(kāi)關(guān)脈沖提供給MOSFET Q1，從而將能量和供電電流傳輸給LED串。COG輸出的開(kāi)關(guān)周期通過(guò)CCP和占空比設(shè)置，用于維持LED恒定電流，具體取決于比較器輸出。每當(dāng)Rsense1兩端的電壓超過(guò)PRG模塊的輸出時(shí)，比較器就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)輸出脈沖。PRG的輸入源自反饋電路中的OPA輸出，它被配置為斜率補(bǔ)償器，以在占空比大于50%時(shí)抵消固有次諧波振蕩的影響。

  OPA模塊實(shí)現(xiàn)為具有II型補(bǔ)償器配置的誤差放大器(EA)。FVR用作DAC輸入，根據(jù)LED恒定電流規(guī)范為OPA同相輸入提供參考電壓。

  為了實(shí)現(xiàn)調(diào)光目的，PWM3用作CCP輸出的調(diào)制器，同時(shí)驅(qū)動(dòng)MOSFET Q2以使LED快速循環(huán)亮起和熄滅。調(diào)制操作可通過(guò)DSM模塊來(lái)完成，調(diào)制后的輸出信號(hào)饋送到COG。PWM3可提供占空比可變的脈沖，用于控制驅(qū)動(dòng)器的平均電流，實(shí)際上控制的是LED的亮度。

  LED調(diào)光引擎不僅可以實(shí)現(xiàn)典型LED驅(qū)動(dòng)器控制器的功能，而且還具備解決LED驅(qū)動(dòng)器典型問(wèn)題的能力?，F(xiàn)在，我們將探討這些問(wèn)題并分析如何使用LED調(diào)光引擎來(lái)加以避免。

  圖2.LED調(diào)光引擎

  頻閃

  頻閃是典型開(kāi)關(guān)模式可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器可能面臨的挑戰(zhàn)之一。雖然精心策劃的頻閃會(huì)帶來(lái)有趣的效果，但如果LED發(fā)生意外頻閃，則會(huì)破壞用戶期望的燈光設(shè)計(jì)。為了避免頻閃并提供平滑調(diào)光體驗(yàn)，應(yīng)確保驅(qū)動(dòng)器從最高檔位(即100%燈光輸出)一直到最低檔位的調(diào)光效果都是連續(xù)流暢的。由于LED會(huì)瞬間響應(yīng)電流變化并且不具有阻尼效果，因此驅(qū)動(dòng)器必須具有足夠多的調(diào)光檔位才能確保人眼察覺(jué)不到變化。為了滿足這一要求，LED調(diào)光引擎采用PWM3來(lái)控制LED的調(diào)光。PWM3是16位分辨率的PWM，從100%到0%占空比共有65536個(gè)檔位，可保證亮度平滑切換。

  LED色溫轉(zhuǎn)換

  LED驅(qū)動(dòng)器還可以轉(zhuǎn)換LED的色溫。 此顏色變化是人眼能夠察覺(jué)得到的，削弱了客戶對(duì)享受優(yōu)質(zhì)LED照明體驗(yàn)的主張。圖3給出了典型的PWM LED調(diào)光波形。當(dāng)LED熄滅時(shí)，由于輸出電容緩慢放電，LED電流會(huì)逐漸減小。此事件會(huì)導(dǎo)致LED發(fā)生色溫漂移且功耗增大。

  圖3.LED調(diào)光波形

  可以使用負(fù)載開(kāi)關(guān)來(lái)防止輸出電容緩慢放電。例如，在圖2中，電路使用Q2作為負(fù)載開(kāi)關(guān)，LED調(diào)光引擎會(huì)同步關(guān)閉COG PWM輸出和Q2，以便切斷電流衰減路徑，讓LED快速熄滅。

  峰值電流

  當(dāng)使用開(kāi)關(guān)模式功率轉(zhuǎn)換器驅(qū)動(dòng)LED時(shí)，將采用反饋電路來(lái)調(diào)節(jié)LED電流。但是，如果在調(diào)光期間操作不當(dāng)，反饋電路會(huì)產(chǎn)生峰值電流(見(jiàn)圖3)?；仡檲D2，當(dāng)LED點(diǎn)亮?xí)r，電流傳輸?shù)絃ED，RSENSE2兩端的電壓饋送到EA。當(dāng)LED熄滅時(shí)，沒(méi)有電流傳輸?shù)絃ED，RSENSE2電壓變?yōu)榱?。在此調(diào)暗期間，EA輸出會(huì)增加到最大值，并使EA補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)過(guò)充。當(dāng)調(diào)制的PWM再次導(dǎo)通時(shí)時(shí)，如果有高峰值電流驅(qū)動(dòng)到LED，則需要若干個(gè)周期才能恢復(fù)。此峰值電流會(huì)削減LED的使用壽命。

  為了避免這一問(wèn)題，LED調(diào)光引擎允許將PWM3用作OPA的改寫源。當(dāng)PWM3為低電平時(shí)，EA的輸出呈三態(tài)，將補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)與反饋回路完全斷開(kāi)，并將保持最后一個(gè)穩(wěn)定反饋點(diǎn)作為補(bǔ)償電容中存儲(chǔ)的電荷。當(dāng)PWM3為高電平且LED再次點(diǎn)亮?xí)r，補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)重新連接，EA輸出電壓立即跳到其先前的穩(wěn)定狀態(tài)(PWM3為低電平之前)，并且?guī)缀趿⒓椿謴?fù)LED電流設(shè)定值。

  完整解決方案

  如前文所述，LED調(diào)光引擎極少需要甚至不需要CPU干預(yù)即可正常工作。因此，在將所有對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)器的控制工作分配給各個(gè)CIP時(shí)，CPU將具有充足的帶寬來(lái)執(zhí)行其他重要任務(wù)。 此外，通過(guò)對(duì)檢測(cè)到的輸入和輸出電壓進(jìn)行處理，可以執(zhí)行欠壓鎖定(UVLO)、過(guò)壓鎖定(OVLO)和輸出過(guò)壓保護(hù)(OOVP)等保護(hù)功能。這樣可確保LED驅(qū)動(dòng)器按照規(guī)范要求工作，并且LED不受異常輸入和輸出條件的影響。CPU還可以處理來(lái)自傳感器的溫度數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)LED的熱管理。而且，當(dāng)設(shè)置LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光級(jí)別時(shí)，CPU可以處理來(lái)自簡(jiǎn)單外部開(kāi)關(guān)或串行通信命令的觸發(fā)信號(hào)。此外，LED驅(qū)動(dòng)器的參數(shù)可以通過(guò)串行通信的方式發(fā)送到外部設(shè)備以進(jìn)行監(jiān)控或測(cè)試。

  除了上述功能之外，設(shè)計(jì)師還可以在自己的LED應(yīng)用中盡情添加更多智能功能，包括通信(例如，DALI或DMX)和定制控制功能等。圖4給出了使用LED調(diào)光引擎的完整開(kāi)關(guān)模式可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器解決方案示例。

  圖4.開(kāi)關(guān)模式可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器解決方案

  LED調(diào)光引擎可用于打造高效開(kāi)關(guān)方式可調(diào)光LED驅(qū)動(dòng)器。高效性表現(xiàn)在它能驅(qū)動(dòng)多個(gè)驅(qū)動(dòng)器LED串，提供高效能源，保證LED達(dá)到最佳性能，保持較長(zhǎng)時(shí)間LED在系統(tǒng)中使用壽命和增加智能功能。