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LED照明亮度控制新技術特征與應用

點擊次數:更新時間:2015-08-25【打印】

 1、前言

  
如今電源管理技術的發展趨勢是,以太網供電技術巨大市場近在咫尺,電源IC應身兼多職,電源轉換IC集成LDO和DC/DC轉換器,LED/LCD/OLED驅動器以及其他的功率半導體器件和電源模塊。而本文僅對LED/LCD/OLED驅動器中的調光控制技術作研討。這是因為LED推動了照明革命。LCD背光仍是主要LED應用,其LED已經被用于各種室內及室外裝飾照明應用,而且開始著眼于手電、花園燈和街燈等通用照明應用。這些用途為LED照明正在家庭與企業照明領域開辟市場。LED通用照明的未來是發光效率超過100 lm/W的高通量LED的開發,使得LED不需要逆變器就能利用交流電工作,從而推動LED更加接近主流的通用照明市場。因而背光照明的亮度控制是LED照明革命中的重要技術,于是便有下文所述的LED照明亮度控制的新技術特征與應用的分析介紹。

中國照明網技術論文·LED照明

  2、背光照明亮度控制的拓撲

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  背光照明亮度控制的拓撲即調光方法,包括使用低頻和高頻信號進行脈寬調制(PWM)、直流電壓控制及電阻調光等調光技術,以下僅介紹直流電壓控制及PWM調制技術。

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  2.1直流電壓調光

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  圖1是以ZETEX的ZXLD1350驅動器為例的典型直流電壓調光示意圖。

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  ZXLD1350驅動器是連續電感式降壓轉換器,內置多開關而輸出電流達350mA,輸入電壓范圍在7V至30V之間。其特點是ZXLDl350配備多功能的調節腳,可通過控制LED的電流,以多種方式調節LED的亮度。
 

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圖1:直流電壓調光示意圖

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  TLV431作為分路調節器,以產生外置的1.25V電壓基準。此電壓基準被運用至VRl電位以提供0V-1.25V的調光電壓。使用外置的調節器,將影響電流設定的準確性。相對于內置電壓基準,使用1%電壓基準,使LED電流更加準確。

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  調節針可通過外置的直流電壓(VADJ)進行過驅動,以獲得超過內置的電壓基準,并調整輸出電流使其超出或低于額定值。此時的額定輸出電流為:
 

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  請注意,100%的亮度設定與VADJ=VREF相對應。如果VIN達到最大值2.5V,則RSENSE應增加2倍。這將使功率小幅降低1%到2%。調節針的輸入阻抗為200kV+20%。如果直流電壓的輸出阻抗相對較高,可能有所影響。

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  2.2新的調光技術--PWM調制技術的應用

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  LED發出光的波長與器件內被驅動的正向電流關系密切。為了防止色調變化,須精心選擇調光方法。以往最常用的調光方法是改變器件上的正向電流或電壓。不幸的是電流或電壓的變化都會改變光的波長,這種效應與波長成正比,較長的波長經受的色調對電流的變化最強。在很多應用中,這種結果是不能接受的,如果采用PWM調制技術,就可以給LED正確調光,不會引起波長變化。LED的通斷操作是通過改變占空比實現的,這時正向電流(1F)是恒定電流。

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  2.2.1低頻高頻調光應用

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 ?、诺皖l調光。由于LED具備穩定的瞬時驅動電流,因而適合采用低頻凋光。LED的色溫在所有亮度下保持不變。低頻調光的另一個優點是可將亮度降至1%。因此調光范圍為100:1。而頻率選擇是為避免可見閃爍, PWM信號必須大于100Hz。如果所選的頻率過高,內置低通濾波器將開始合并PWM信號,并產生非線性反應。同時調節針的軟啟動功能將導致PWM信號的上升或下降發生延遲。這將使LED電流具有非線性特性,在頻率增加時影響更為顯著。

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  常見的低頻和高頻信號進行脈寬調制示意圖如圖2所示。該圖是以ZETEX的ZXLD1350驅動器為例的脈寬調制示意圖。
 

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圖2:以ZXLD1350驅動器為例的脈寬調制示意圖

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  建議低頻的上限為lkHz。電感器可能聽得見的噪音的影響也需要加以考慮。某些線圈松動的電感器可能出現此類情況,PWM頻率為lkHz時將比100Hz更加明顯。

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  ⑵高頻調光

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  如果系統要求低輻射和輸入/輸出諧波,則適合采用高頻調光。但調光范圍將降至5:l。ZXLDl350具備整合高頻PWM信號的內置低通濾波器,可進行直流調光控制。如果PWM頻率高于10kHz左右,且占空比大于指定的最小值,裝置將保持工作狀態,輸出也將持續不變。

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  ⑶輸入緩沖晶體管

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  進行PWM調光時,輸入雙極晶體管Q宜使用集電極開路輸出(如圖2所示)。以確保達到200mV的輸入關閉閾值。不使用緩沖晶體管也可直接進行PWM控制,但必須格外謹慎。該操作將使內置的1.25V電壓基準負荷過重。如果100%PWM(直流)使用2.5V輸入電壓,進入LED的輸出電流將達到正常電流的2倍。并可能損壞ZXLDl350。使用5V邏輯信號進行過驅動將極有可能在超出調節針額定電壓時損壞裝置。

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  ⑷軟啟動及去耦電容器

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  調節針上的任何附加電容器都將影響PWM信號上升和下降。由于上升時間將增加大約0.5ms/nF,因此需對此加以考慮。將其與100Hz PWM進行對比,50%占空比時開啟時間Ton,及關閉時間Toff為5ms,1%占空比時開啟時間Ton為0.1ms。調節針上的lnF將導致0.5ms的上升時間,這將造成以低占空比進行調光時出錯和受到限制。
 

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