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发光二极管调光引美国led灯珠擎:开关式发光二

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开关式可调光发光二级管驱动用具有显著的机能并可以精准节制发光二级管电流,也具备调光功效,这使终端用户在降低功耗的同时建造很好的灯光效果。

8位微节制器可以提供须要的构件用来通讯、定制以及智能节制,焦点自力外设集成比纯真的模仿或者ASIC集成电路能提供更年夜的矫捷性,并能革新扩展发光产物的产能并防止同质化。具备猜测妨碍维修、能量监测、颜色以及温度维修、长途通讯节制的高级特征,这使患上智能照明解决方案更具吸引力。

只管发光二级管驱动器比以前的照明方案提供许多上风,在现实运用中还存在一些小问题,经由过程本系列的文章咱们将相识8位MCU怎样消弭这些小问题,从而建造出比以前的传统方案产能更年夜的高机能开关式发光二级管驱动方案。

8位微节制器可以零丁用来节制至多4个发光二级管通道,这是现成的年夜大都发光二级管驱动节制器所不具有的,在图1(点击放年夜),发光二级管调光引擎可以经由过程微节制器外设中建造出来,这些引擎有自力的闭流路来节制开关式功率变换器,带有最小化的CPU参与,这使患上CPU可以专门运行其他主要使命好比监督功效、通讯或者其他的体系智能。

图1:8位Microchip微控制器PIC16F1779控制的4个发光二级管发光二极管串电路图

图1:8位Microchip微节制器PIC16F1779节制的4个发光二级管发光二极管串电路图


led灯珠黑边 在图2(点击放年夜),发光二级管驱动器基于电流模式的升压转换器,由发光二级管调光引擎节制,该引擎重要包孕焦点自力外设(CIP)好比互补输出发生器(COG)、数位讯号调变器(DSM)、比力器、可编程斜坡发生器(PRG)、运算放年夜器(OPA)、脉冲宽度调制器3(PWM3)。片上外设好比固定电压稳压器(FVR)、数字模仿转换器(DAC)、捕获/比力/PMW(CCP), 这些焦点自力外设(CIP)与片上外设联合起来形成整个引擎。COG提供高频转换脉冲给MOSFET Q1用来对于发光二级管发光二极管串举行转能以及供电,CCP设定COG输出的切换时间,占空比用来连结发光二级管恒定电流并取决于比力器输出,当电压经由过程Rsense1凌驾PRG模块的输出时比力器孕育发生输出脉冲,PRG的输入来自OPA在反馈电路的输出,当占空比年夜于50%时PRG作为斜坡赔偿器而抵消固有的次谐波振荡。

图2:发光二级管调光引擎

图2:发光二级管调光引擎

带有Type II赔偿器的运算放年夜器(OPA)模块作为带有偏差旌旗灯号放年夜器(EA),固定电压稳压器(FVR)作为数字模仿转换器(DAC)的输入提供参考电压给基于发光二级管恒定电流参数的运算放年夜器(OPA)的同相输入。

为实现调光,脉冲宽度调制器3(PWM3)作为捕获/比力/PMW(CCP)输出的调治器驱动MOSFET Q2快速开关发光二级管 ,调治可以经由过程数位讯号调变器(DSM)模块实现,调治的输出旌旗灯号供应互补输出发生器(COG)。脉冲宽度调制器3(PWM3)提供带有可变占空比的脉冲节制驱动器的平均电流从而节制发光二级管的亮度。


发光二级管调光引擎除了了实现传统的发光二级管驱动节制器的功效,还可以解决发光二级管驱动器孕育发生的传统问题,此刻咱们来看怎样使用发光二级管调光引擎解决这些传统的问题。

闪耀变化多是传统的开关式调光发光二级管驱动器会孕育发生的问题,闪耀变化要根据人们的需求举行,为防止闪耀变化而实现平稳的调光效果,驱动器必需将调光步调陪同着持续流动的效果从100%的高光程度一直降到低光程度,因为发光二级管会刹时相应电流的变化而没有阻尼效应,是以发光二级管驱动器必需具备充足的调光步调从而在视觉上察觉不到变化,为到达这类需求,发光二级管调光引擎接纳脉冲宽度调制器3(PWM3)节制发光二级管的调光,脉冲宽度调制器3(PWM3)有16位的分辩率,占空比从100%到0有65536个步调,这包管了光程度的平稳过渡。

发光二级管色温变化

发光二级管驱动器也能够调治发光二级管的色温,这类颜色变化可以被人们察觉并衰减发光二级管的高光赔偿。图3是传统的脉冲宽度调制器(PWM)发光二级管的调光波形,发光二级管封闭时,发光二级管的电流因为输出电容的缓慢放电而逐渐减小,这可以引起发光二级管色温的变化以及更高的功耗。

图3:发光二级管调光波形

图3:发光二级管调光波形

输出电容的缓慢放电可使用负荷开关消弭,好比在图2,电路使用Q2作为切合开关,发光二级管调光引擎同时封闭互补输出发生器(COG)脉冲宽度调制器(PWM)的输出以及Q2从而堵截减幅电流使发光二级管快速封闭。


电流调峰

当使用开关式整流器驱动发光二级管时,反馈电路是用来配置发光二级管电流,然而在调光时假如操作不妥则反馈电路能孕育发生电流调峰(见图3),再看图2,当发光二级管开启时,电流被传输给发光二级管,经由过程Rsense2的电压供应了偏差旌旗灯号放年夜器(EA)。当发光二级管封闭时,没有电传播输给发光二级管,Rsense2的电压变为0。在这个调光时的断电时间,偏差旌旗灯号放年夜器(EA)的输出增长到最年夜值并使偏差旌旗灯号放年夜器(EA)的赔偿收集过分充电。当调治的PWM再次开启,在岑岭值电传播输给发光二级管使其恢复以前还需要几个周期,此电流调峰会缩短发光二级管的使用寿命。

为防止这一问题,发光二级管调光引擎答应PWM3作为运算放年夜器(OPA)的重写源,当PWM3出于低光程度时,偏差旌旗灯号放年夜器(EA)的输出是三态的,并彻底断开了反馈回路的赔偿收集并保留了不变反馈的末点作为一次充电存储在赔偿电容中,当PWM3处于高光程度而且发光二级管再次开启时,赔偿收集再次毗连而且偏差旌旗灯号放年夜器(EA)的输出电压刹时猛增到以前的不变状况(在PWM3处于低光程度以前)并险些当即存储发光二级管当前的设定值。

完备解决方案

以前提到过发光二级管调光引擎运行有最小化的CPU参与,以是,当封闭其他的使命只节制焦点自力外设(CIP)的发光二级管驱动器时,CPU另有许多的带宽去履行其他的主要使命。欠压锁定(UVLO)、过压锁定(OVLO)、输出电压掩护(OOVP)等掩护特征可以在处置惩罚传感的输入以及输出电压时履行,这可以确保发光二级管驱动器运行在需要的规格内而且可以掩护发光二级管免于异样的输入以及输出环境。CPU也能处置惩罚传感器的热量数据来实现发光二级管的热量治理,并且,当设置发光二级管驱动器的调光程度时,CPU能处置惩罚来自简朴外部开关的触发器或者一个串行通讯的指令。别的,发光二级管驱动器的参数能经由过程监督或者测试的串行通讯被发送给外部装备。

除了了以上提到的特征,设计者还可使本身的发光二级管运用越发智能,包孕通讯在内,近似DALI或者DMX,并治理定制,图4是使用发光二级管调光引擎的一个完备的开关式发光二级管调光驱动器方案的样图。

图4:开关式发光二级管调光驱动器方案

图4:开关式发光二级管调光驱动器方案

总结

发光二级管调光引擎能可用于建造有用的开关式发光二级管调光驱动器,其效果等同于驱动多个发光二级管串的机能,用来提供有用的能量源,确保发光二级管的最好机能,连结了发光二级管的长使用刻日,并使体系更智能。


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