LED照明亮度控制新技术特征与应用

1、前言

如今电源管理技术的发展趋势是，以太网供电技术巨大市场近在咫尺，电源IC应身兼多职，电源转换IC集成LDO和DC/DC转换器，LED/LCD/OLED驱动器以及其他的功率半导体器件和电源模块。而本文仅对LED/LCD/OLED驱动器中的调光控制技术作研讨。这是因为LED推动了照明革命。LCD背光仍是主要LED应用，其LED已经被用于各种室内及室外装饰照明应用，而且开始着眼于手电、花园灯和街灯等通用照明应用。这些用途为LED照明正在家庭与企业照明领域开辟市场。LED通用照明的未来是发光效率超过100lm/W的高通量LED的开发，使得LED不需要逆变器就能利用交流电工作，从而推动LED更加接近主流的通用照明市场。因而背光照明的亮度控制是LED照明革命中的重要技术，于是便有下文所述的LED照明亮度控制的新技术特征与应用的分析介绍。

2、背光照明亮度控制的拓扑

背光照明亮度控制的拓扑即调光方法，包括使用低频和高频信号进行脉宽调制(PWM)、直流电压控制及电阻调光等调光技术，以下仅介绍直流电压控制及PWM调制技术。

2.1直流电压调光

图1是以ZETEX的ZXLD1350驱动器为例的典型直流电压调光示意图。

ZXLD1350驱动器是连续电感式降压转换器，内置多开关而输出电流达350mA，输入电压范围在7V至30V之间。其特点是ZXLDl350配备多功能的调节脚，可通过控制LED的电流，以多种方式调节LED的亮度。

图1 直流电压调光示意图

TLV431作为分路调节器，以产生外置的1.25V电压基准。此电压基准被运用至VRl电位以提供0V-1.25V的调光电压。使用外置的调节器，将影响电流设定的准确性。相对于内置电压基准，使用1%电压基准，使LED电流更加准确。

调节针可通过外置的直流电压(VADJ)进行过驱动，以获得超过内置的电压基准，并调整输出电流使其超出或低于额定值。此时的额定输出电流为：

请注意，100%的亮度设定与VADJ=VREF相对应。如果VIN达到最大值2.5V，则RSENSE应增加2倍。这将使功率小幅降低1%到2%。调节针的输入阻抗为200kV+20%。如果直流电压的输出阻抗相对较高，可能有所影响。

2.2新的调光技术--PWM调制技术的应用

LED发出光的波长与器件内被驱动的正向电流关系密切。为了防止色调变化，须精心选择调光方法。以往最常用的调光方法是改变器件上的正向电流或电压。不幸的是电流或电压的变化都会改变光的波长，这种效应与波长成正比，较长的波长经受的色调对电流的变化最强。在很多应用中，这种结果是不能接受的，如果采用PWM调制技术，就可以给LED正确调光，不会引起波长变化。LED的通断操作是通过改变占空比实现的，这时正向电流(1F)是恒定电流。

2.2.1低频高频调光应用

⑴低频调光。由于LED具备稳定的瞬时驱动电流，因而适合采用低频凋光。LED的色温在所有亮度下保持不变。低频调光的另一个优点是可将亮度降至1%。因此调光范围为100：1。而频率选择是为避免可见闪烁，PWM信号必须大于100Hz。如果所选的频率过高，内置低通滤波器将开始合并PWM信号，并产生非线性反应。同时调节针的软启动功能将导致PWM信号的上升或下降发生延迟。这将使LED电流具有非线性特性，在频率增加时影响更为显著。

常见的低频和高频信号进行脉宽调制示意图如图2所示。该图是以ZETEX的ZXLD1350驱动器为例的脉宽调制示意图。

图2 以ZXLD1350驱动器为例的脉宽调制示意图

建议低频的上限为lkHz。电感器可能听得见的噪音的影响也需要加以考虑。某些线圈松动的电感器可能出现此类情况，PWM频率为lkHz时将比100Hz更加明显。

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100HzPWM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。