模擬/PWM調光搭配得宜 LED照明色彩更繽紛

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-08-27

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在建筑、區域與崁燈等照明應用中，色彩準確度非常重要，而發光二極體(LED)很適合提供準確色彩。LED顏色可隨著混合紅、藍、綠、黃、白等各色而異;當多種色彩混合時，亮度必須調整。本文針對多種LED混色的調光技巧進行介紹。

準確頻道亮度調控　LED實現豐富色彩

       每顆LED晶體只能發出單色光，商業照明燈具，若希望創造其他色彩，可運用紅、綠、藍三原色的LED燈混合，只要切換紅、綠、藍LED頻道，即可產生七種基本色彩(紅、綠、藍、黃、紫、淺綠、白)。

       如果需要更豐富的色彩，只須控制三原色的LED燈光亮度，就能產生眾多色彩，口碑，包括調整各LED頻道的亮度，CCC認證，并控制通過各LED串的電流調控明暗。改變LED白光燈的色溫時，通常調整紅色與白色的LED串即可。

       調整LED明暗共有兩種基本方式：類比(Analog)與脈沖寬度調變(PWM)。兩者都是藉由安裝開關模式或線性LED驅動器，控制通過LED串的平均電流，以改變LED的亮度。

       圖1為雙串LED驅動器，其中包括一個降壓切換器與一個線性穩壓器。兩個LED串均可選擇類比或PWM，兩者各有優缺點，多數應用是依據混色表現需求選擇調整方式。

圖1　雙串可調光LED驅動器，包含一個降壓轉換器與一個線性穩壓器。

類比調光須掌握電流變化幅度

       LED類比調光是藉由控制通過LED串的恒電流，工程照明，工程照明，達到調整明暗效果，可控制晶片內的LED電流參考電壓，恒光電器，或是控制晶片外的LED電流感測電壓。

       大多數的LED驅動器，其內部包括切換穩壓器與線性穩壓器，其中的LED電流高低由公式1決定：

......公式1

       VREF為晶片內LED電流參考電壓，RSNS為電壓感測電阻。

       藉著改變VREF可調整LED電流。有些LED驅動器晶片并不允許使用者改變LED電流參考電壓，而在允許改變LED電流參考的晶片里，通常有兩種改變方式：一是在晶片提供的參考電壓調整接腳上加入類比電壓;二為透過I2C等數位通訊介面調整參考電壓，以圖1為例，可藉由I2C的指令調整LED電流參考電壓。

       另一種類比調光方式為改變LED電流感測電壓。多數應用的電流感測電阻低于1歐姆(ohm)，也因此，沒有必要使用電位計來改變電流感測電阻，藉由在晶片的電流感測接腳上， led室內照明，再加入外部直流電壓即可達成效果。圖2所呈現的是改變電流感測電壓，其典型類比調光線路，CS接腳的電壓則可參考下列公式2：

圖2　類比調光線路范例

　......公式2

       在穩定的狀態下，商業照明燈具，CS接腳電壓會與參考電壓相等。透過調整外部的直流電壓，或是調整可變電阻R2值，即可以改變LED電流。

       在混色應用中使用類比調光將會發現一項缺點，家用照明，此即由于LED色溫會隨電流變化，如果類比調光電流改變較大，行業資訊，LED亮度與顏色可能也會生變，導致無法產生理想色彩。

PWM調光色溫控制精準

       PWM調光是以固定循環周期，以及頻率開關LED來決定，其調光的LED電流計算可參考下列公式3：

......公式3

       IDIM為調光后的LED電流，D為PWM調光訊號的周期循環，ILED則為無調光的LED電流。

       LED PWM調光頻率通常高于200Hz，肉眼無法察覺。許多LED驅動器晶片均具備PWM調光輸入接腳，可接收微控制器(MCU)產生的PWM調光輸入訊號。通常只有PWM調光訊號變弱時，驅動器晶片才會關閉金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)驅動器;等到訊號轉強，超市照明，LED筒燈，MOSFET驅動器又會開啟;此外，內部線路在PWM調光循環關閉時仍繼續運作，避免晶片必須重新啟動，造成PWM調光上升緣延遲。

       在開關模式LED驅動器中，電容通常會放在LED串之中，過濾高頻率切換雜訊，亦可減緩PWM調光LED電流的升降緣。因此， led商業照明，高頻率低循環PWM調光應用必須移除電容。圖3呈現LED降壓穩壓器無輸出電容的PWM調光波形。

圖3　PWM調光LED電流波形

類比至PWM調光具過熱保護功能

       有些LED驅動器晶片具備「類比至PWM調光」功能，晶片調光接腳接收類比訊號后，轉換為PWM調光訊號。PWM調光頻率固定，且循環周期與輸入類比訊號級成比例。

       照明應用里若無MCU，則類比至PWM調光方案助益極大。類比至PWM調光設計可發揮過熱保護功能，如果LED板地溫度超過設定值，PWM調光便可以降低LED電流。

分流FET PWM調光適用于高頻率

       分流FET PWM調光通常用于極高頻率的LED PWM調光。圖4呈現以降壓穩壓器為基礎的分流FET PWM調光線路，外部分流FET擺放位置與LED串平行，以迅速繞過轉換器輸出電流;當分流FET開啟時，LED串關閉，反之亦然。所以，LED串透過分流FET達到有效的PWM調光。有些LED驅動器晶片提供MOSFET驅動器，做為分流FET PWM調光之用，故不需外部MOSFET驅動器。

圖4　分流FET PWM調光范例