TI LED驱动解决方案

高亮度 LED 灯在照明方面的运用范围愈来愈广。本文说明简单的「情境照明灯」，这种照明设备仅采用几种组件。三个 LED 灯均采用切换式稳压器来供应恒定电流，并以 MSP430 微控制器所产生三组 PWM 讯号来调控亮度。印刷电路板可装设于雾面玻璃台灯内，亦可用于间接照明的 LED 聚光灯。

不论LED 灯的功率为何，现在通常都以恒定电流为电源，原因在于LED 灯以流明 (lm) 为单位的光输出功率会与电流呈正比。

因此，所有 LED 制造商均指定灯光输出（有时称为光效率）、视角和波长等参数，作为顺向电流 IF 的函数，而非所谓顺向电压 VF 的函数。于是，我们也在电路中采用适合的恒定电流稳压器。

高亮度 LED 灯的恒定电流

市面上多数切换式稳压器均设计为恒定电压来源，而非恒定电流来源。只须以简单易懂的方式将电路略为修改，即可将恒定电压稳压器改为恒定电流的运作方式。我们并未采用常见的电压分配器来设定输出电压，而是以电流侦测电阻调节电压降幅。图 1 概略说明了这个电路。

图 1 切换式稳压器可设定为电压来源或电流来源。

调暗 LED 灯光

基本上有两种方式可调暗 LED 灯光。第一种方式最简单，就是运用模拟控制，直接控制流经 LED 灯的电流，减少电流即可降低亮度。可惜这种方式有两项重大缺点：首先，LED 灯的亮度与电流大小并非完全呈正比关系；其次，灯光的波长（即颜色）会随着电流变化而改变，以致于不符该 LED 灯的额定值；这两种现象都是业者极力要避免的问题。

较复杂的控制方式是采用恒定电流来源，这种电源已经过设定，可以为LED供应额定的运作电流。新增一个电路后，即可运用指定的标记间隔率（mark- space ratio）迅速开关 LED 灯，减少平均散发的亮光，因而呈现较低亮度。调整标记间隔率便可轻松调整 LED 灯的亮度，这种方式称为脉冲宽度调节（Pulse Width Modulation, PWM）。

运用 PWM 调暗灯光

以 TPS62260 为例，说明 PWM 控制的多种建置方式。TPS62260 是一款具整合式切换组件的同步步降转换器，以2.25MHz的一般性频率频率运作。在图 2 的电路中，我们以黑色标示出将 PWM 讯号直接连接到 EN（启用）接脚的可行方式。整个切换式稳压器的电路都是根据 PWM 讯号而开关。我们的实验结果显示，在这种设定中，可使用的 PWM 频率最高可达 100Hz。这种方法的优点在于简单：不需要使用其它组件，而在切换式稳压器停用时，泄露的静态电流也极低，因此这也是最节能的方式。但缺点是 LED 灯对于启用接脚的高层级响应会延迟，这是因为切换式稳压器具有「软启动」功能：装置启动时，输出电流会逐渐上升，直到达到额定 LED 电流为止。在某些应用中，这种上升现象可能会造成问题，因为在电流从最低值升至正常运作层级时，LED 灯的发光波长也随之变化。例如，在 DLP 投影机或 LCD 电视面板的 LED 背光中，便不容许出现前述变化，但在本次示范中，一般肉眼并不能察觉这个现象。

第二种方式（图 2 中以红色表示），是将 PWM 讯号透过小讯号二极管而与 TPS62260 的误差放大器输入结合。在这个电路中，施加于控制输入的600mV 以上正极电压会过度驱动误差放大器而将 LED 关闭。由于这个电路未采用启动输入，因此不受稳压器软启动功能的启动延迟所影响，LED 因而能迅速地开关。

在图 2 中第三种可行方式以蓝色标示。这种方法运用 PWM 讯号控制 LED 灯上的 MOSFET。MOSFET 可造成 LED 灯短路，使 LED 灯更迅速开关。稳压器是以恒定电流模式运作，该电流会经过 LED 灯或 MOSFET。这种方式的缺点包括增加了 MOSFET 的成本以及能源效率不佳：最多可能有 180mW 的电力消耗于 2Ω 电流侦测电阻中。其优点则是高切换频率：实验结果发现，TPS62260 以这种设定运作时，PWM 频率可高达 50kH。

图 2 运用调光器功能的三种方式

散热情况

运作温度是高功耗 LED 灯效能的重要参数，会明显影响使用寿命、顺向电压、输出波长，甚至是照明装置的亮度。LED 灯的运作温度愈高，预期使用寿命愈短，因此，我们用于实验的印刷电路板尺寸，必须可在背面以双面贴附式热传导材质来固定 SK477100 型散热片（由 Fischer Elektronik 制造），以便在 LED 灯以全功耗运作时，将温度从 61 °C（未使用散热片）降至 54 °C（使用散热片）。散热片也有助于将热能分散到印刷电路板的各部分。

光明的未来

这个印刷电路板可用来执作更多功能，例如，电路板上有个插槽可用于安装德州仪器的 Z430-RF2500 无线电模块。eZ430-RF2500 套件包含两个无线电模块，其中一个套件可安装旋转编码器（使用无线电模块中微控制器的测试接脚），以建立连接到 LED 灯电路板的无线电连结。