如何優(yōu)化LED色彩穩(wěn)定度

本文探討提供發(fā)光二極體(LED)調光的方法，分析LED調光對其長期性能及所發(fā)射出光的色彩穩(wěn)定性之影響，并特別探討如何結合使用線性恒流穩(wěn)流器(CCR)及數位電晶體來提供脈沖寬度調變(PWM)調光。

　　PWM為改變LED光輸出首要方法

　　光要多少才足夠?要求的發(fā)光量通常由所處環(huán)境與用途決定。就會議室而言，一般圓桌會議時的照明可能非常亮;但若使用投影系統(tǒng)來觀看會議材料，會議室的光就可能會調暗很多;起居室的照明通常會被調節(jié)從而營造恰當的氛圍;而汽車儀表板的背光則通常根據日間或夜間駕駛來自動調節(jié)。

　　光源已從非常易于調節(jié)的白熾燈轉向要求以特殊電路提供不同光等級的螢光燈。LED是業(yè)界出現的最新一代光源，要求采用新的電子電路來改變光等級。改變LED光輸出的方法有兩種，第一種是減小流經LED的電流，而LED發(fā)射的光量與流經LED的電流成正比;第二種方法是為LED提供脈波電流，LED發(fā)射出的光與工作周期(Duty Cycle)成正比。

　　使用減小電流的方法進行LED調光類似于大多數白熾燈泡使用的調光方法。這種減小電流的方法在為數不多的應用中可以接受，但隨著光等級降低，LED發(fā)出的光色彩也根據電流而變化。電流較小時，色度(Chromaticity)朝向黃色變化。圖1顯示不同電流時的典型色度變化。

　　圖1 LED不同正向電流時的典型色度變化

　　白熾燈泡的亮度能夠藉減小電流的方法來調光至低于完整亮度的1%，因為白熾燈是藉由電流流過燈絲，使燈絲發(fā)熱進而發(fā)光。但使用減小電流的方法，極難將LED亮度調至低于完整亮度的5%，因為所需的電壓勢會導致矽結點破裂并開始導電。LED是二極體，隨著結點破裂，它就像是電子雪崩，電阻急速下降。要提供足夠電壓，使LED以極低電流導電非常困難。圖2顯示LED在不同正向電壓(V)條件下的典型正向電流的曲線。

LED在不同正向電壓條件下的典型正向電流#e#圖2 LED在不同正向電壓條件下的典型正向電流

　　為LED提供脈波電流的方法也稱作PWM，這種方法已經成為改變光等級的首選方法。LED本身是矽元件，對應流經它們的電流導通及關閉而快速地導通和關閉。開關時間在100奈秒(ns)等級，相當于最大頻率10MHz。應用通常以100Hz～100kHz的頻率工作。頻率低于100Hz時，人眼會觀察到LED光閃爍。頻率在500Hz～20kHz之間時，電路可能產生能聽到的雜訊。調光是通過在單個開關周期的某部分時間內將LED導通;而在此開關周期的其余部分時間內，將LED關閉來實現。這種導通關閉周期稱作工作周期(D)，其表達方式為LED導通時間(TON)除以整個開關/導通周期時間(TS)(圖3)。