LED調(diào)光實(shí)驗(yàn)報(bào)告
高亮度發(fā)光二極管（LED）在各種領(lǐng)域應(yīng)用普及，并要求LED具備有調(diào)光功能。在現(xiàn)在的幾種調(diào)光技術(shù)中，從簡單的可變電阻負(fù)載到復(fù)雜的脈沖寬度調(diào)制（PWM）開關(guān)，每一種方法均有其利弊。PWM調(diào)光的效率最高，電流控制也最精準(zhǔn)。本文以LED驅(qū)動(dòng)器LM3405為例，論述LED在調(diào)光時(shí)的特性，例如亮度與正向電流的關(guān)系、波長的變化（色移）和控制器的工作周期限制等。
1、LED驅(qū)動(dòng)器工作原理
由于LED的功率低于1 W，所以可用任何類型的電壓源（開關(guān)器、晶體管）和串串聯(lián)電阻建構(gòu)一個(gè)電流源。對于少數(shù)光線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出來。不過，一旦將多個(gè)LED串聯(lián)，該穩(wěn)壓器便必需擔(dān)當(dāng)電流源的角色。這是因?yàn)長ED的正向電壓VF會(huì)隨正向電流IF變化，圖1是LED波長隨著正向電流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(qū)別。在較大的電流下，光線的強(qiáng)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(zhèn)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(wěn)定的方法是穩(wěn)定前正向電流IF。
大部分設(shè)計(jì)人員只習(xí)慣為LED設(shè)計(jì)穩(wěn)壓器，但在設(shè)計(jì)電流調(diào)節(jié)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(shù)應(yīng)用中， LED驅(qū)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(dá)20%，一旦紋波超出20%，人的.肉眼便會(huì)察覺到亮度的變化，假如輸出紋波進(jìn)一步增加到40%，肉眼就無法承受。
2、器件和設(shè)計(jì)實(shí)例
一般而言，電流調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)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的高開關(guān)頻率而變得較小，仍可發(fā)揮很好的效用。LM3405性能參數(shù)如下：
控制方法：
封裝：電流模式 TSOT-6
最大輸入電壓： 15V
應(yīng)用：工業(yè)照明 1A 1~22uF 4.7~10uH 驅(qū)動(dòng)電流： 輸出電容： 電感：
3、脈沖寬度調(diào)制調(diào)光技術(shù)
PWM控制是降低LED光線輸出的最佳方法。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(wěn)定的顏色輸出。在衡量調(diào)光質(zhì)量方面，對比度CR是一個(gè)重要的指標(biāo)，數(shù)值越大，表示光線輸出的控制越精準(zhǔn)。現(xiàn)今，有些驅(qū)動(dòng)電路制造商聲稱其產(chǎn)品的調(diào)光頻率可以高至開關(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(wěn)壓器必須在不連續(xù)導(dǎo)電模式（DCM）和連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）之間正常工作，而這種工作對于設(shè)計(jì)而言未必是最好的方法。然而，設(shè)置PWM頻率比開關(guān)頻率高一級(jí)，其穩(wěn)定性最好。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用LM3045，調(diào)光頻率為5 kHz時(shí)，穩(wěn)定性最好。
設(shè)置最低調(diào)光頻率下限是基于:當(dāng)開關(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(diào)光脈沖施加器件后，電路所需的啟動(dòng)時(shí)間。以LM3405為例，器件首先會(huì)經(jīng)歷一個(gè)通電重設(shè)，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(diào)光脈沖的上升時(shí)間（tSU）和下降時(shí)間（tSD）會(huì)跟隨最低調(diào)光脈沖到達(dá)。
DDIM（min）=（tD+tSU）/T
計(jì)算對比度，假設(shè)fDIM=1 000 Hz、TDIM=1 ms， 從LM3405數(shù)據(jù)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(diào)光頻率fDIM。在調(diào)光頻率100 Hz下，對比度CR為83。但效果比起LM3404并不算高，因?yàn)長M3404是專為高對比度而設(shè)計(jì)的，在500 Hz下LM3404的對比度可達(dá)655:1，適用于顯示器背光燈和機(jī)器顯示。對于一般的照明應(yīng)用而言，對比度接近100即可。然而，LM3405可提供最簡單和最小型的1 A LED調(diào)光驅(qū)動(dòng)器解決方案。將關(guān)機(jī)和調(diào)光功能結(jié)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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