三基色LED照明灯的电路设计

通常LED都是使用恒流源来驱动的。这是因为它们的亮度是由“流明”（Im）来衡量的，而流明正比于电流。因此。所有的发光二极管的制造商使用的是正向电流I1而不是用正向电压V，来指定参数，如光输出、可视角度和波长等的。因此，在这个电路中，我们使用了合适的恒流稳压器。

一、高亮LED的恒定电流

市场上大多数的开关稳压器是用来稳压的，而不是作为恒流源的。一个可以用于修改电路的方法是将稳压器不断进行转换恒定电压到恒定电流的操作。我们通常在需要调节电压的地方使用分压电阻用来代替分压器，如下图所示。

二、降低LED的亮度

有两种方法可以调节LED的亮度。第一种，也是最简单的方法，就是模拟控制——低电流产生的亮度比较暗。不幸的是这种方法有两个很大的弊端：首先，LED的亮度并不是严格与电流成比例的；其次，发射光线的波长与正常的LED值不同。这两种情况都是不可取的。第二种是稍微复杂的控制方法，采用恒流源为LED提供标称的工作电流。一个额外的电路能以给定的比率很快的打开或关闭发光二极管，从平均上看发光二极管的亮度折中。这被视为减少光照强度。通过调节这个比率，我们可以很容易地让发光二极管发出合适的亮度。这种方法被称为脉宽调制（或PWM）。

三、用PWM调节亮度

我们以用TPS62260控制产生PWM为例来说明。TPS62260是一个集成的同步降压转换开关元件器，典型的时钟频率是225MHz。在下图所示的电路中。

我们将PWM信号直接连接到了它的使能引脚上了。整个开关稳压电路的启动和关闭是由PWM信号控制的。试验表明，使用这种连接方法最高可以输入100Hz的PWM信号。这样做的好处是它简单，不需额外的器件。这也是最有效的，因为在它不工作时，开关稳压器只能产生很小的静态电流。它的缺点是这导致了使能脚上的LED变高时的延时。这是因为开关稳压器有个个“软启动”功能：当装置启动，输出的电流是逐渐增大的，直到达到LED的额定电流。在某些应用中，这些可能会是问题，比如不同LED所产生的光的波长，电流是从它的最小值逐渐增加到它的正常操作水平的。例如，在一个PLD项目或液晶电视面板的LED背光灯中。这种变化是不允许的。但是在这个例子中。对眼睛的影响不是很明显。

第二种变型（下图）中，小于5kHz的PWM信号是通过一个小信号二极管TS4148RY耦合到TPS62260的误差放大器的输入。在这种配置中，输出波长的转移是由电缆来决定的。因此它的影响微乎其微。此外，我们在实验室发现，PWM频率可提高到5kl-1z。

第三种可能的方法是小于50kHz的PWM信号用来控制一个与LED相连的MOS场效应管Si302ADS。场效应管使LED短路并能更迅速地使它开启和关闭。调节器工作在恒流模式，因此电流要么流过LED，要么流过场效应管。这种方法的缺点在于增加了场效应管的花费和低效率：多达180mW的功率会浪费在2Q的限流电阻上。它的优点是高输入频率：在试验中，我们成功地给TPS62260输入了高达50kl-1z的频率。

四、实际电路

电路的核心（上图和下图）是一个MSP430F2131微控制器。它被编程为三相PWM发生器，同时读取来自旋转编码器（R1）的值。这个编码值用来作为索引查找表，控制每个红色、绿色和蓝色发光二极管的脉冲间隔比率。相应的PWM信号可在输出脚TA0，TAl和TA2上提供，频率大概为122Hz。由于人眼的视觉暂留，这个频率可以确保LED不会闪烁。

为切实执行，我们选择了小于5kHz的PWM控制方法，这是一个很好的在电路复杂性和性能之间折中的方法。如下图所示，每种颜色的发光二极管［红的red（D14），绿色greell（D24）和蓝色bIue（［334）］都由一个独立的TPS62260DC／DC转换器提供恒定电流。2Q的电阻设定了流经发光二极管的额定电流为300mA。大电流（达到1A）可以使用TPS62260的“哥哥”TPS62290。它的封装与TPS62260相同。

FWM信号是由一个小信号二极管（D13、D23、D33）耦合的。当PWM信号过高时，它会反转相应的开关稳压器的错误信号输入，这个稳压器有一个电压为600rnV的阈值电压。这就意味着过高的PWM信号会迫使发光二极管熄灭。随后，当PWM信号变低时，调节器再次开始运转，发光二极管又会变亮。热片同时也能帮助印制电路板散热。

整个电路是由一可控的5V、1A的直流电源适配器供电的。一个使用电阻和齐纳二极管的简单稳压电路克将5V的电压降低为33V的电压，从而可以给MSP430供电。

电路可以按下图所示的印制电路板布置。有三个版本的电路板，不同之处只是在于发光二极管的封装和尺寸，这样能够使用不同的发光二极管。

用来试验的印制电路板的双面都使用了SK477100散热片，它们是用双面胶固定在板子上的。满功耗运行时，可以把发光二极管的温度从61℃（不使用散热片）降低到54。C（使用散热片）。散热片同时也能帮助印制电路板散热。