如何設(shè)計(jì)三通道LED驅(qū)動(dòng)器

固態(tài)照明正迅速成為機(jī)電工程與設(shè)計(jì)領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。LED實(shí)現(xiàn)了靈活性與高效性的結(jié)合，這是傳統(tǒng)照明技術(shù)無(wú)法比擬的。LED可以長(zhǎng)時(shí)間提供穩(wěn)定可靠的照明，而且采用小型封裝，因此正在建筑和舞臺(tái)照明應(yīng)用領(lǐng)域得到廣泛采用。但是，每種不同的照明應(yīng)用都有其獨(dú)特性，不同的市場(chǎng)領(lǐng)域需要具有不同特性的產(chǎn)品。因此，市場(chǎng)中集成電路的專業(yè)化趨勢(shì)不斷加強(qiáng)，也導(dǎo)致本來(lái)已經(jīng)種類繁多的產(chǎn)品型號(hào)變得更加豐富多彩。可編程混合信號(hào)微控制器正得到快速采用，因?yàn)閱蝹€(gè)微控制器能集成脈寬調(diào)制器(PWM)、通信接口、放大器、比較器及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器等多種外設(shè)。

通過將上述外設(shè)的完美組合，可實(shí)現(xiàn)對(duì)功能豐富而強(qiáng)大的可調(diào)光降壓轉(zhuǎn)換器等器件的控制。用于LED驅(qū)動(dòng)器應(yīng)用的降壓轉(zhuǎn)換器應(yīng)為電流模式調(diào)節(jié)器，因?yàn)長(zhǎng)ED是電流模式器件。我們從LEDV-I曲線可以看出，正向電壓稍有變化，就會(huì)對(duì)電流產(chǎn)生較大影響。因此，任何LED驅(qū)動(dòng)器電路的反饋都應(yīng)視為電流。此外，我們應(yīng)使用恒定電流，因?yàn)橹圃焐虝?huì)根據(jù)正向電流電平設(shè)定LED的顏色與強(qiáng)度。上述特性相當(dāng)重要，因?yàn)槲覀円ㄟ^有關(guān)特性值來(lái)確保系統(tǒng)符合整體規(guī)范的要求。

圖1給出了典型的LED系統(tǒng)，包括通信接口、不同顏色的LED(每種顏色都代表一個(gè)通道)、智能化功能以及每個(gè)通道的恒定電流驅(qū)動(dòng)器。通信接口可以為DMX512或DALI，這是兩種標(biāo)準(zhǔn)的照明協(xié)議，此外也可以為ZigBee或無(wú)線USB接口。智能化功能可通過內(nèi)置模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)與LED調(diào)光外設(shè)的微控制器實(shí)現(xiàn)。ADC用于監(jiān)控溫度與LED電流等系統(tǒng)變量，完成系統(tǒng)監(jiān)控與色彩混合任務(wù)。驅(qū)動(dòng)器為通道中的每個(gè)LED提供恒定電流。驅(qū)動(dòng)器的復(fù)雜性與質(zhì)量決定了驅(qū)動(dòng)器的價(jià)格。

圖1：典型的LED系統(tǒng)方框圖。

磁滯降壓控制器

在微控制器上集成LED驅(qū)動(dòng)器有助于減小整體系統(tǒng)解決方案的尺寸。現(xiàn)在，幾乎沒有什么解決方案將開關(guān)模式電源(SMPS)這樣的高功率元件與微控制器的智能化功能完美結(jié)合在一起。退而求其次，就是將SMPS的反饋與控制電路完美集成在微控制器中。如圖1所示，CY8CLED16EZ-Color器件正好具備上述功能所需的模擬電路。在該設(shè)計(jì)方案中，SMPS拓?fù)錇殡娏髂Ｊ娇煽卮艤祲恨D(zhuǎn)換器架構(gòu)(見圖2)。

圖2：磁滯控制器。

啟動(dòng)時(shí)，通過電感的電流開始上升，直至比較器正輸入的電壓大于比較器負(fù)輸入的電壓。隨后，轉(zhuǎn)換器將作為自由運(yùn)行的振蕩器，電流會(huì)在兩個(gè)層面間充電和放電。

ITH_HIGH與ITH_LOW的大小可由并聯(lián)電阻、RIN與RHYST反饋電阻以及DAC輸出電壓通過下列等式計(jì)算得出。我們可以看到，RHYST值越大，ITH_HIGH與ITH_LOW的差就越小。

合上PFET將啟動(dòng)充電過程(如圖4a所示)，電感器開始充電。比較器可通過測(cè)量并聯(lián)電阻電壓來(lái)監(jiān)控電感器電流。當(dāng)電流達(dá)到閾值ITH_HIGH時(shí)，就開始進(jìn)入放電過程(如圖4b所示)。在放電階段，電流通過續(xù)流二極管放電。續(xù)流二極管保護(hù)電路元件免受電感反沖的影響，并且保持LED處于打開狀態(tài)。LED中的電流超過ITH_LOW閾值后，充電過程再次開始。

圖4：降壓轉(zhuǎn)換器的充電階段(圖a)與放電階段(圖b)。