LED調光實(shí)驗報告

　　高亮度發(fā)光二極管（LED）在各種領(lǐng)域應用普及，并要求LED具備有調光功能。在現在的幾種調光技術(shù)中，從簡(jiǎn)單的可變電阻負載到復雜的脈沖寬度調制（PWM）開(kāi)關(guān)，每一種方法均有其利弊。PWM調光的效率最高，電流控制也最精準。本文以L(fǎng)ED驅動(dòng)器LM3405為例，論述LED在調光時(shí)的特性，例如亮度與正向電流的關(guān)系、波長(cháng)的變化（色移）和控制器的工作周期限制等。

　　1、LED驅動(dòng)器工作原理

　　由于LED的功率低于1 W，所以可用任何類(lèi)型的電壓源（開(kāi)關(guān)器、晶體管）和串串聯(lián)電阻建構一個(gè)電流源。對于少數光線(xiàn)輸出端電流的改變而造成亮度和顏色的變化，人的肉眼是不容易察覺(jué)出來(lái)。不過(guò)，一旦將多個(gè)LED串聯(lián)，該穩壓器便必需擔當電流源的角色。這是因為L(cháng)ED的正向電壓VF會(huì )隨正向電流IF變化，圖1是LED波長(cháng)隨著(zhù)正向電流IF變化圖，而該變化對于每個(gè)LED都不相同的，即使是同一批產(chǎn)品也有區別。在較大的電流下，光線(xiàn)的強度變化通常約為20%。而 LED制造商一般都會(huì )采用較大的VF范圍來(lái)增加亮度和顏色，因此上述情況尤其突出。然而，除了電流外，正向電壓還會(huì )受到溫度影響。假如只采用鎮流電阻器，則光源的顏色和亮度變化很大，而唯一可確保色溫穩定的方法是穩定前正向電流IF。

　　大部分設計人員只習慣為L(cháng)ED設計穩壓器，但在設計電流調節器方面顯然有不同的要求。電壓輸出必須要配合固定的輸出電流。雖然在大多數應用中， LED驅動(dòng)器的輸出電流可容許誤差±10%，而直流電流的輸出紋波更可高達20%，一旦紋波超出20%，人的.肉眼便會(huì )察覺(jué)到亮度的變化，假如輸出紋波進(jìn)一步增加到40%，肉眼就無(wú)法承受。

　　2、器件和設計實(shí)例

　　一般而言，電流調節器的設計都需使用比較大的電感以使電感電流IL的變化少于20%。這里可采用LM3405，即使電感由于1.6 MHz的高開(kāi)關(guān)頻率而變得較小，仍可發(fā)揮很好的效用。LM3405性能參數如下：

　　控制方法：

　　封裝：電流模式 TSOT-6

　　最大輸入電壓： 15V

　　應用：工業(yè)照明 1A 1~22uF 4.7~10uH 驅動(dòng)電流： 輸出電容： 電感：

　　3、脈沖寬度調制調光技術(shù)

　　PWM控制是降低LED光線(xiàn)輸出的最佳方法。這種控制方法可在保持控制器2高效工作的同時(shí)，提供一個(gè)相對穩定的顏色輸出。在衡量調光質(zhì)量方面，對比度CR是一個(gè)重要的指標，數值越大，表示光線(xiàn)輸出的控制越精準�，F今，有些驅動(dòng)電路制造商聲稱(chēng)其產(chǎn)品的調光頻率可以高至開(kāi)關(guān)頻率的50%，因而可獲得良好的對比度。理論上，這是有可能的，但這要求穩壓器必須在不連續導電模式（DCM）和連續導電模式（CCM）之間正常工作，而這種工作對于設計而言未必是最好的方法。然而，設置PWM頻率比開(kāi)關(guān)頻率高一級，其穩定性最好。實(shí)驗數據顯示，采用LM3045，調光頻率為5 kHz時(shí)，穩定性最好。

　　設置最低調光頻率下限是基于:當開(kāi)關(guān)頻率低于100 Hz時(shí)，肉眼便可看到抖動(dòng)或閃爍。至于最高頻率上限是調光脈沖施加器件后，電路所需的啟動(dòng)時(shí)間。以L(fǎng)M3405為例，器件首先會(huì )經(jīng)歷一個(gè)通電重設，之后進(jìn)入軟啟動(dòng)。整個(gè)延遲直到LED電流被完全建立約為100μs，而額外調光脈沖的上升時(shí)間（tSU）和下降時(shí)間（tSD）會(huì )跟隨最低調光脈沖到達。

　　DDIM（min）=（tD+tSU）/T

　　計算對比度，假設fDIM=1 000 Hz、TDIM=1 ms， 從LM3405數據資料中得知tSU=20μs，則對比度CR為:

　　DDIM（min）=（20μs+100μs）/1 ms=0.12，則對比度CR=1/DDIM（min）=8.3

　　從上式可明顯看出，若要得到較佳的對比度，則降低調光頻率fDIM。在調光頻率100 Hz下，對比度CR為83。但效果比起LM3404并不算高，因為L(cháng)M3404是專(zhuān)為高對比度而設計的，在500 Hz下LM3404的對比度可達655:1，適用于顯示器背光燈和機器顯示。對于一般的照明應用而言，對比度接近100即可。然而，LM3405可提供最簡(jiǎn)單和最小型的1 A LED調光驅動(dòng)器解決方案。將關(guān)機和調光功能結合到一個(gè)引腳上，封裝尺寸縮少70%（比較PSOP-8與TSOT-6封裝），但啟動(dòng)時(shí)間卻增加至100μs。

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