工程師教你如何通過LED燈串調光實現照明器調色

在許多固態照明(SSL)應用中，如建築、區域、射燈中，色彩的精度非常重要。目前市場上也存在許多可以在照明過程中調色的產品，可用於設置白點或CCT。LED是一種實現精確色彩照明的理想光源，其色彩變換可通過混合不同顏色的LED來實現，如紅、藍、綠這幾種單色來實現。混合LED色彩時，需要調整一個或多個LED燈串的亮度以實現所需的顏色混合。用顏色混合來調整LED光照的方法有很多種，下文將逐一進行分析。

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單個LED管芯只能發射單色光，要獲得多個顏色，可以同時使用三種主色(紅、綠、藍，RGB)LED以實現色彩混合。只需切換紅色、綠色和藍色LED通道，就可以生成7種基本色，即紅、綠、藍、黃、紫、白色以及淺綠色。要生成更多的色彩，就可以調整每個LED通道的亮度，這一步又可以通過調整流經每個 LED燈串的電流來實現。

從根本上說，實現LED調光的方式有兩種：模擬/線性電流控制，和脈衝寬度調製(PWM)。二者都是通過控制流經每個LED燈串的平均電流來調整LED的亮度，且都可以應用到開關電源或線性LED驅動器。圖1顯示的是一個基於TPS92660的雙燈串LED驅動器，包含一個巴克切換器和一個線性調節器。兩個LED燈串均可利用模擬或PWM技術進行調光，這兩項技術各有優劣勢。在大多數應用中，調光方式的選擇一般基於色彩混合性能要求。

模擬調光

模擬調光是通過調整IC內部的LED電流參考電壓，或通過調整IC外部的LED電流檢測電壓來實現的。對於大多數LED驅動器(包括切換調節器和線性調節器)，LED電流由以下方程式決定：

其中VREF表示IC內部LED電流參考電壓，RSNS表示電流檢測電阻。

某些情況下可通過改變VREF來調整LED電流，但值得注意的是並非所有的LED驅動器 IC中的電流參考電壓都可調。對於那些可調的IC，通常有兩種方式可以實現：一是向參考電壓調節引腳施加模擬電壓(其中一個示例則為德州儀器的 LM3409)，二是利用諸如I2C的數字通信接口來調整參考電壓(示例為德州儀器的TPS92660，其中I2C接口允許用戶通過I2C命令實現LED 電流參考電壓的調整)。

對於通過調整LED電流檢測電壓實現模擬調光的方法，由於大多數應用中的電流檢測電阻均小於1Ohm，使用電位計來改變此值顯得不甚實際。相反，通過注入外部DC電壓可改變IC的CS(電流檢測)電壓。圖2顯示的是以改變電流檢測電壓為運行原理的典型模擬調光電路，CS引腳的電壓由以下方程式決定：

在穩態下，CS引腳電壓等於參考電壓。LED電流的調整可通過調整外部DC電壓VADJ或可變電阻器R2的值來實現。

然而在色彩混合應用中，模擬調光存在一項缺點。LED色溫會隨著電流變化而變化，且在模擬調光期間LED的亮度及顏色也可能會改變，特別是電流變化幅度較大時。因此在這些條件下系統可能無法生成所需的顏色。PWM調光

PWM調光實際上是在固定的工作周期及頻率下打開和關閉LED。假設切換或多工速度足夠快(通常為200Hz或更高)，人眼幾乎察覺不到LED的開/關切換。採用PWM調光的LED電流由以下方程式決定：

其中IDIM是已調光LED電流，D為PWM調光信號的持續工作周期，ILED則是供應至已切換LED燈串的恆定電流。

許多LED驅動器IC均配有一個可接收由微控制器發出的PWM調光輸入信號的PWM調光輸入引腳。通常來說，驅動器IC僅在PWM調光信號弱時關閉 MOSFET驅動器。而MOSFET驅動器會在信號強時打開。在PWM調光關閉周期內，內部電路完全正常運作；這可以防止IC重啟，進而引起PWM調光上升沿的延遲。

對於開關電源LED驅動器，LED燈串中通常安裝了一個用於濾除高頻切換噪音的電容器。此電容器可以放緩PWM調光LED電流的上升沿和下降沿，因此在高頻、低工作周期PWM調光應用中，可以省去此電容器。圖

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