1.前言

　　發(fā)光二極管 （LED） 驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一是調(diào)光性能。大多數(shù)設(shè)計(jì)人員使用以下兩種方法之一：模擬調(diào)光或數(shù)字脈寬調(diào)制 （PWM） 調(diào)光,。有兩種方法可以實(shí)現(xiàn)數(shù)字 PWM 調(diào)光：?jiǎn)⒂瞄_(kāi)/關(guān)方法或并聯(lián)場(chǎng)效應(yīng)晶體管 （FET） 方法,。在這兩種實(shí)現(xiàn)方式中,，LED 將根據(jù)數(shù)字 PWM 信號(hào)的占空比打開(kāi)或關(guān)閉；然而,，LED 驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)是不同的,。在這篇文章中，我將回顧每種調(diào)光方法的實(shí)施和優(yōu)勢(shì),。

　　2.調(diào)光方案

　　模擬調(diào)光使用成比例的輸入電壓對(duì) LED 輸出電流水平進(jìn)行線性調(diào)整,。許多設(shè)備，如 TI 的 TPS92515 或 LM3409 LED 驅(qū)動(dòng)器,，都有一個(gè)專(zhuān)用的模擬調(diào)光引腳，用于調(diào)整內(nèi)部檢測(cè)電壓,?；蛘?，對(duì)于帶有微控制器 （MCU） 的應(yīng)用，TPS92518 使用串行外設(shè)接口 （SPI） 通信接口對(duì)兩個(gè)內(nèi)部寄存器進(jìn)行數(shù)字編程,，以模擬對(duì)兩個(gè)獨(dú)立 LED 通道進(jìn)行調(diào)光,。

　　模擬調(diào)光的缺點(diǎn)是當(dāng)所需的輸出電流變小時(shí)，由于內(nèi)部運(yùn)算放大器的失調(diào)電壓,，電流輸出與輸入電壓不是線性相關(guān)的,。例如，如果LED驅(qū)動(dòng)器的內(nèi)部運(yùn)算放大器偏移電壓為±5mV,，則當(dāng)感測(cè)電壓為200mV時(shí),，調(diào)節(jié)電流的誤差將為5mV/200mV = ±2.5%。當(dāng)檢測(cè)電壓為 20mV 時(shí),，調(diào)節(jié)電流的誤差為 5mV/20mV = 25%,。

　　盡管可以在線性范圍之外使用模擬調(diào)光，但考慮到線性關(guān)系的簡(jiǎn)單性,，一些設(shè)計(jì)人員更愿意保持在線性范圍內(nèi),。圖 1 顯示了模擬調(diào)光線性度的示例。

　　圖 1：模擬調(diào)光控制示例（來(lái)自 LM3409 數(shù)據(jù)表）

　　數(shù)字 PWM 調(diào)光方法通?？梢詫?shí)現(xiàn)比模擬調(diào)光更寬的線性調(diào)光范圍,，這有利于低亮度調(diào)光。在數(shù)字 PWM 調(diào)光啟用開(kāi)/關(guān)方法中,，LED 驅(qū)動(dòng)器根據(jù)來(lái)自 MCU 或其他外部源的輸入 PWM 信號(hào)的占空比打開(kāi)或關(guān)閉,。PWM 調(diào)光的主要延遲來(lái)自于打開(kāi)和關(guān)閉輸出驅(qū)動(dòng)，以及隨后的電感電流斜坡上升和下降,。如果 LED 驅(qū)動(dòng)器的閉環(huán)帶寬較低,，則對(duì) PWM 信號(hào)的響應(yīng)本質(zhì)上很慢，并且不容易實(shí)現(xiàn)低亮度,。

　　假設(shè) LED 驅(qū)動(dòng)器以 1MHz 開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行,，其帶寬已調(diào)整，以便輸出電流在五個(gè)周期內(nèi)穩(wěn)定下來(lái),。在這種情況下,，5?s 將是 LED 驅(qū)動(dòng)器提供穩(wěn)定光輸出的最短開(kāi)啟時(shí)間。如果輸入 PWM 調(diào)光信號(hào)為 200Hz,，則周期為 5ms,。為了保持最少 5?s 的開(kāi)啟時(shí)間，調(diào)光比將為 5ms 至 5?s,，或 1,000 比 1,。換句話說(shuō)，在 1MHz 開(kāi)關(guān)頻率下運(yùn)行的 200Hz PWM 調(diào)光頻率下，最小 PWM 調(diào)光占空比將為 0.1%,。圖 2 顯示了典型啟用開(kāi)/關(guān)方法 PWM 調(diào)光方案中 LED 電流的延遲,。

　　圖 2：?jiǎn)⒂瞄_(kāi)/關(guān)方法的數(shù)字 PWM 調(diào)光

　　為了進(jìn)一步提高調(diào)光性能，我們可以優(yōu)化環(huán)路帶寬以縮短建立時(shí)間,，或者將 LED 驅(qū)動(dòng)器設(shè)置為以更高的開(kāi)關(guān)頻率運(yùn)行,。TPS92518 有兩個(gè)獨(dú)立的 PWM 輸入引腳來(lái)控制兩個(gè) LED 通道的亮度。

　　分流 FET PWM 調(diào)光是一種讓 LED 驅(qū)動(dòng)器開(kāi)啟的替代方法,。數(shù)字 PWM 信號(hào)控制并聯(lián)連接到 LED 負(fù)載的分流 FET,，以根據(jù) PWM 信號(hào)的占空比的倒數(shù)重新引導(dǎo)從 LED 流出的輸出電流通過(guò)并進(jìn)入分流 FET。最好不要將這種方法用于需要巨大輸出電容器的 LED 驅(qū)動(dòng)器,，因?yàn)檩敵鲭娙萜鞔鎯?chǔ)的能量可能會(huì)引入高電流過(guò)沖,，從而損壞分流 FET 或 LED 負(fù)載。

　　這使得具有滯后控制架構(gòu)的 LED 驅(qū)動(dòng)器（例如 TPS92518）非常適合并聯(lián) FET 調(diào)光,。遲滯型 LED 驅(qū)動(dòng)器是開(kāi)環(huán)的,，因此沒(méi)有閉環(huán)開(kāi)關(guān)型 LED 驅(qū)動(dòng)器的環(huán)路帶寬限制。分流 FET 調(diào)光的好處是,，電感器電流帶控制良好,，LED 開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)間極快（在納秒內(nèi)），從而通過(guò)低占空比 PWM 信號(hào)實(shí)現(xiàn)低亮度,。圖 3 顯示了在并聯(lián) FET PWM 調(diào)光情況下 LED 電流的延遲非常小,。

　　圖 3：分流 FET PWM 調(diào)光

　　越來(lái)越多的應(yīng)用需要 MCU 與 LED 驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行通信以控制亮度。TPS92518 具有 SPI 控制接口,，可通過(guò) 8 位數(shù)字字節(jié)設(shè)置 LED 電流電平,，使我們能夠即時(shí)調(diào)整 LED 電流。SPI 控制接口以數(shù)字方式設(shè)置標(biāo)稱(chēng)運(yùn)行關(guān)斷時(shí)間,，而不是在關(guān)斷時(shí)間控制引腳上使用電阻電容電路,。TPS92518 具有另一個(gè)通過(guò) SPI 編程的寄存器，用于設(shè)置最大關(guān)斷時(shí)間,，以在分流 FET PWM 調(diào)光期間實(shí)現(xiàn)良好控制的電感器電流帶,。

　　TPS92518 具有一個(gè)內(nèi)部 ADC，可將兩個(gè)通道的輸出電壓和估計(jì)的芯片溫度轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼,。該信息存儲(chǔ)在 TPS92518 的寄存器中,，可通過(guò) SPI 接口回讀。TPS92518 的架構(gòu)允許啟用開(kāi)/關(guān) PWM 調(diào)光或分流 FET PWM 調(diào)光,。

　　我們必須在模擬調(diào)光和 PWM 調(diào)光之間進(jìn)行選擇,，以根據(jù)我們的設(shè)計(jì)要求控制 LED 亮度。模擬調(diào)光方式不需要數(shù)字信號(hào)輸入,；但是,，這種方法不容易實(shí)現(xiàn)深度調(diào)光。PWM 調(diào)光方法的兩種實(shí)現(xiàn)方式都可以實(shí)現(xiàn)更高的調(diào)光比，但需要付出更多努力才能正確設(shè)計(jì),。