一、LED小常識

LED（Light Emitting Diode），發(fā)光二極管，是一種固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光。LED的心臟是一個半導體的晶片，晶片的一端附在一個支架上，一端是負極，另一端連接電源的正極，使整個晶片被環(huán)氧樹脂封裝起來。半導體晶片由兩部分組成，一部分是P型半導體，在它里面空穴占主導地位，另一端是N型半導體，在這邊主要是電子。但這兩種半導體連接起來的時候，它們之間就形成一個“P-N結”。當電流通過導線作用于這個晶片的時候，電子就會被推向P區(qū)，在P區(qū)里電子跟空穴復合，然后就會以光子的形式發(fā)出能量，這就是LED發(fā)光的原理。而光的波長決定光的顏色，是由形成P-N結材料決定的。

它改變了白熾燈鎢絲發(fā)光與節(jié)能燈三基色粉發(fā)光的原理，而采用電場發(fā)光。據分析，LED的特點非常明顯，壽命長、光效高、無輻射與低功耗。LED的光譜幾乎全部集中于可見光頻段，其發(fā)光效率可超過150lm/W（2010年）。

LED的發(fā)光特性

目前的新技術使LED能夠達到很高的功率水平，LED的功率能夠達到1W，甚至有些達到5W，光效達到60-85LM/W，這種LED設備稱為高亮LED（HB-LED）。目前我們用在照明上LED都是HB-LED，一般都是選擇1W的LED通過串并聯的方式組成大功率LED燈，尤其以串聯為主。

二、LED調光方法

采用單級FLYBACK拓撲結構，多了一個調光信號控制回路。

作為一種新的、有潛力的光源，LED照明以其節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)勢越來越受到人們重視。加上國家和地方政府的政策鼓勵，我國的LED照明產業(yè)進入了加速發(fā)展階段，運用市場迅速增長。在室內照明方面，用LED燈替代傳統(tǒng)的可調光白熾燈或者鹵素燈也將是大勢所趨。

由于傳統(tǒng)的白熾燈調光器采用可控硅調光器，用LED燈替代白熾燈時，要求不能改變原有線路，還要能適應現有的可控硅調光器。針對這一目標市場，目前很多大的半導體廠商（包括國際半導體廠商）都已經推出了自己的LED調光ASIC，但由于LED固有的發(fā)光原理，目前市面上的LEDASIC調光案都還不是很成熟，都有其固有的問題，本文就將針對目前的調光方案做一個詳細的分析，并介紹我們基于MCU的調光方案。

三、開關模式LED驅動器的調光技術

對開關模式驅動電路的LED進行調光有兩種常用方法：脈寬調制調光和模擬調光。兩種方法都對經過LED 或LED串的時間平均電流進行控制，但在衡量兩種調光電路的優(yōu)缺點時，兩者之間的差異也很明顯。

采用降壓拓撲的一個LED驅動器。Vin必須始終高于LED和RSNS上的電壓之和。電感電流為LED電流，該電流通過監(jiān)控CS引腳的電壓進行調節(jié)。當CS開始低于設置的電壓時，流經 L1、LED和RSNS的電流脈沖的占空比增加，從而增加LED的平均電流。

1、模擬調光

LED的模擬調光是對LED電流的每個周期進行調整。更簡單地說，它是不斷調整 LED的電流水平。

模擬調光可以通過調整電流檢測電阻 RSNS，或用模擬電壓驅動IC的某個調光功能引腳來完成。模擬調光的兩個示例。

a.通過調整RSNS進行模擬調光

可以明顯看出使用固定CS 參考電壓時，RSNS值的變化將對應 LED電流的變化。如果可以找到能夠處理高LED電流，同時還可以提供 sub-1歐姆值的電位器，這將是LED調光的一個可行的方法。

b.通過用直流電壓驅動CS引腳實現模擬調光

更復雜的技術是通過用電壓驅動CS引腳直接控制LED每個周期的電流。通常將電壓源插入采樣LED電流的反饋回路，并通過放大器進行緩沖。LED電流可以通過放大器的增益進行控制。使用該反饋電路，可以實現電流和熱量返送之類的功能，以便進一步保護LED。

模擬調光的缺點在于發(fā)出光線的色溫會隨著LED電流的某個函數發(fā)生變化。當LED的顏色至關重要，或特定LED的色溫在LED電流變化時發(fā)生很大改變的情況下，通過改變LED電流，從而對LED的輸出進行調光將被禁止。

2、脈寬調制調光（即PWM調光）

脈沖寬度調制是一種模擬控制方式，其根據相應載荷的變化來調制晶體管柵極或基極的偏置，來實現開關穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導通時間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時保持恒定，是利用微處理器的數字輸出來對模擬電路進行控制的一種非常有效的技術。

在鎳氫電池智能充電器中采用的脈寬PWM法，它是把每一脈沖寬度均相等的脈沖列作為PWM波形，通過改變脈沖列的周期可以調頻，改變脈沖的寬度或占空比可以調壓，采用適當控制方法即可使電壓與頻率協調變化?？梢酝ㄟ^調整PWM的周期、PWM的占空比而達到控制充電電流的目的。

PWM調光方法，實際上是在一小段時間內啟動和重新啟動LED電流。這個啟動和重新啟動循環(huán)的頻率必須快于人眼可以感知的速度，以免出現閃爍效果，通常情況下可以被接受的頻率為大約200Hz或更快。

LED的調光現在與調光波形的占空比成正比，可由下面的公式控制：

IDIM-LED=DDIM×ILED

其中 IDIM-LED是LED平均電流，DDIM 是調光波形的占空比，ILED是當選擇的 RSNS 時，額定 LED的 電流設置。

PWM的一個優(yōu)點是從處理器到被控系統(tǒng)信號都是數字形式的，無需進行數模轉換。讓信號保持為數字形式可將噪聲影響降到。噪聲只有在強到足以將邏輯1改變?yōu)檫壿?或將邏輯0改變?yōu)檫壿?時，也才能對數字信號產生影響。 　　對噪聲抵抗能力的增強是PWM相對于模擬控制的另外一個優(yōu)點，而且這也是在某些時候將PWM用于通信的主要原因。從模擬信號轉向PWM可以極大地延長通信距離。在接收端，通過適當的RC或LC網絡可以濾除調制高頻方波并將信號還原為模擬形式。 　　總之，PWM既經濟、節(jié)約空間、抗噪性能強，是一種值得廣大工程師在許多設計應用中使用的有效技術。

四、LED驅動器

a.調制 LED 驅動器

許多現代LED驅動器具有專門的 PWM DIM引腳，可以接受較寬范圍的PWM頻率和振幅，從而與外部邏輯的接口變得非常簡單。DIM功能在關閉輸出驅動電路的同時，使內部電路繼續(xù)工作，從而避免重新啟動IC造成的延遲。也可以使用輸出啟用引腳及其它邏輯關閉功能。

b.雙線PWM調光

雙線PWM調光是用于汽車內部照明的常見方法。當VIN被調制為低于 VIN-NOMINAL的 70% 時，VINS引腳（圖2）檢測電壓的變化，并將PWM波形轉換為和輸出驅動電路相應的PWM。這種方法的缺點是轉換器的電源必須包含一個電路，以便為其直流輸出提供 PWM 波形。

c.使用分流器的快速 PWM 調光

因為轉換器輸出的關閉和啟動的延遲，對PWM 調光頻率和占空比的范圍就具有了限制。為了幫助克服這種延遲，可以給LED或LED串并聯一個外部分流器，以便使轉換器的輸出電流快速繞過LED。電感中的電流在“LED關閉期間”保持連續(xù)狀態(tài)，避免了電感基礎電流上升和下降時的較長延遲。延遲時間現在變?yōu)閷Ψ至髌魃仙拖陆禃r間的限制。顯示裝有分流器FET的LM3406，以及使用DIM功能引腳與使用分流器FET時LED開/關延遲的比較圖形。在這兩種測量方法中，使用的輸出電容均為10nf，分流器FET為Si3458。

對電流模式轉換器的LED電流進行分流時應小心謹慎，因為當FET打開時，輸出電流會出現過沖。LM340x系列LED驅動器屬于接通時間受控轉換器，不會出現這種過沖。LED 的輸出電容應保持較低狀態(tài)，從而盡可能提高開/關/開過渡速度。

快速調光與關閉輸出的缺點在于效率的損失。當分流器打開時，VShunt device×ILED的功耗轉化為熱量。使用低 RDS-ON FET將限度地減少這種效率損失。

五、LM3409多種調光功能

美國國家半導體的LM3409是一種的LED驅動器，可以輕松實現模擬和 PWM調光功能。在此部件上可以有四種方法實現LED調光：

1. 直接使用0V至1.24V的電壓源驅動IADJ引腳實現模擬調光；

2. 通過在IADJ引腳與Gnd之間放置電位器實現模擬調光；

3. 使用Enable引腳實現PWM調光；

4. 通過外部分流器FET實現PWM調光。

LM3409通過連接電位器實現模擬調光。內部5mA電流源在RADJ上產生電壓，該電壓反之改變內部電流檢測閾值。使用直流電壓直接驅動IADJ 引腳可以獲得同樣效果。

測得的LED電流與IADJ引腳和Gnd之間的電位器電阻的關系圖。1Amp處的平頂表示額定LED電流，該值所示的電流檢測電阻 RSNS設置。

將測得的LED電流顯示為IADJ引腳上的驅動直流電壓的函數。請注意RSNS設置了相同的LED電流。

兩種模擬調光選項均可輕松實現并提供線性極強的調光性能，直到低至值10%左右的水平。

六、對LED進行調光方法有很多

針對開關模式穩(wěn)壓器供電的LED進行調光可以有許多方法。兩類主要的方法：PWM和模擬法均各有利弊。PWM調光可以顯著減少LED的顏色變化，與此同時，讓亮度水平發(fā)生變化，但前提是需要添加邏輯電路來產生PWM波形。模擬調光的電路更加簡單，但可能不適合那些要求恒定色溫的應用。