數(shù)字信號控制器將智能控制和通信融合到LED照明中

　　LED照明正在改變人們使用照明的方式，繼而開啟設計人員將智能控制和色彩混合融合到LED照明裝置的新機遇。DSC可推動眾多應用領域的創(chuàng)新：從汽車頭燈和尾燈到最先進的燈光秀，后者可將一個公共建筑變?yōu)橐患囆g品。

　　LED的高能效、調光功能和壽命長的獨特結合使變色照明裝置更加高效、成本更低且更易實現(xiàn)。再結合數(shù)字信號控制器(DSC)即可實現(xiàn)高效的LED驅動和準確的色彩控制以及與外界的通信。所有這些特性為設計人員開發(fā)頗具特色的下一代LED照明裝置提供了較大的空間。

　　亮度越高，越復雜

　　低功耗指示燈LED在眾多產品中占據(jù)著重要位置且大多數(shù)工程師熟知其簡單設計：他們所需要的只是一個電源和一個具有合適阻值的串聯(lián)電阻，以保持LED的電流低于小于5 mA的典型值。設計人員可將LED連接到單片機上的GPIO引腳使之閃爍。然而，將高亮度、高電流LED(正向電流超過350 mA)串聯(lián)在一起，簡單的LED設計卻會變得相當復雜。此時，除了溫度變化和LED本身產生的極高溫度以外，設計人員還面臨控制電流的挑戰(zhàn)。

　　圖1:光通量與正向電流成正比

　　智能電流控制

　　高亮度LED需要保持相對較高的恒定電流才能保持亮度和色彩。圖1顯示了LED的光通量與流經(jīng)LED的正向電流(IF)的比例關系。因此，保持正向電流恒定對于實現(xiàn)一致的色彩和光輸出至關重要。采用簡單的電阻與LED串聯(lián)電路時，可通過以下公式確定正向電流：

　　(IF = (VSource-VF)/R)

　　當電源電壓(VSource)變化時，正向電流將跟著變化，從而導致LED發(fā)出的光能量也發(fā)生變化。因此，需要使用一個可有效調節(jié)正向電流的電源來驅動LED.

　　溫度控制

　　通常，LED的正向電壓(VF)隨著溫度的升高而增大，即使在正向電流恒定和穩(wěn)定的情況下也是如此。圖2顯示了未適當調節(jié)的正向電流與LED的正向電壓保持一致變化的情形，并解釋了為何控制流經(jīng)LED的正向電流比控制正向電壓更重要。

　　圖2:正向電壓的變化對正向電流的影響

　　高功耗LED本身產生的大量熱量可導致LED壽命明顯降低并可能過早損壞。對于每個設計來說，有效控制LED的正向電流就需要根據(jù)目標正向電流和預估正向電壓來確定散熱水平。使用溫度傳感器還可監(jiān)視可能的過熱情況。

　　準確的色彩控制

　　LED幾乎可以立即改變其光輸出這一事實，使其成為了需要快速改變色彩的燈具的理想之選。通過使用一系列紅色、綠色和藍色LED便可產生任意一種顏色，而我們只需調整每個LED的亮度。一種方法是簡單地增大或減小每個LED的正向電流。但該方法的問題是，改變正向電壓不僅會改變亮度，還會使LED的輸出光顏色略微改變，這對需要準確色彩的應用來說是個問題。

　　另一種方法是使用脈沖電流，它可提供相同的調光效果，而輸出光顏色不會有感知上的變化。如圖3所示，紅色虛線表示平均脈沖電流在產生亮度變化的同時卻保持流過LED的正向電流恒定，因此，不會改變感知色彩。

　　圖3:產生正向電流脈沖以更改感知亮度

　　數(shù)字調光控制

　　使用數(shù)字信號控制器(DSC)極大地簡化了采用脈沖電流技術的調光過程。許多DSC上的高級PWM模塊可用來生成PWM信號，這些信號用來控制LED的功率級。這些PWM模塊具有可快速、準確關閉PWM 輸出的“改寫輸入”,支持控制流經(jīng)LED的電流，從而對LED進行調光。調光量量化為介于零和表示最大亮度的值之間的數(shù)字。要將LED設置為50%亮度，計數(shù)器將從零計數(shù)到255并在計數(shù)到128時觸發(fā)PWM 改寫。然后，PWM輸出關斷以消除LED電流。當計數(shù)器達到其最大值255時，復位為0并重新使能PWM.當需要對LED進行調光時重復該過程以產生脈沖電流，如圖4所示。通常使用400 Hz以上的頻率來確保調光頻率足夠快，這樣人眼才不會察覺到LED閃爍。