采用线性电流源 - 基于微控制器的LED驱动器拓扑、权衡和局限

采用线性电流源

　　加上一个晶体管和/或一个运算放大器，可以把电流非常精确地设置为350毫安。不幸的是，总体效率和R的功率损耗问题依旧。

　　采用低端开关(开关模式法)

　　图2C显示了这一概念。如图3所示，通过允许电感器L上的电流在开关导通时上升，在开关断开时下降，我们可以调节流经LED的电流。同任何感性负载一样，当开关断开时，我们需要为电流提供一条通路。这可以通过图2D中的续流二极管来实现，图中我们用N通道MOSFET来代替开关，并且加上电阻器R用以测量流经LED的电流。

　　当电流降至低电流阈值(如300mA)时，开关将导通，而当电流升至高电流阈值(如400mA)时，开关将断开。

　　此例中开关置于低端(该方法因此得名)，实现方法非常简单。导通FET只需在其门极上加5V电压，这可以由微控制器的一个输出口直接提供。而且，这种拓扑不再需要恒定的VDD电压，即使输入电压在波动，也能维持调节电流。

　　电流感应电阻R必须位于电路的"高端"部分。如果把它连到MOSFET的源极，就只能测得开关导通时LED上电流，不能用来调节另一个阈值了，参见图3。

　　这种拓扑看起来像是升压转换器的前端，它具有使用N通道、低成本FET的优势，但需要在R两端进行电压差分测量，以获取流经LED的电流。

　　请注意开关实际上提供了两种功能：首先，它使得在电感器上产生可调节的电流;其次，它允许发光度调节。

　　采用高端开关

　　除了负载和晶体管交换位置，这个电路与前面的完全相同。图2E中显示的开关就位于"高端"。我们还把FET从N通道变成P通道。N通道FET要求VGS>5V以完全导通：在本拓扑中，N通道的源极电压会不断变化，而且经常在3伏以上，所以在门极上至少需要8伏的电压。这就需要一个类似充电泵的门驱动电路，使得整个电路有点更加复杂。如果就用一个P通道FET，而且又可以直接从微控制器的输出端为它提供-5V的VGS，那就简单多了。这种拓扑类似于降压转换器的前端。

　　它的主要优势是能直接在R的两端进行电流测量，因此不再需要差分测量的方法。

　　亮度调节技术

　　有很多技术都可以对LED进行亮度调节，其中不少是专利技术。这里对其中几种进行简要介绍。在所有方法中，平均发光度都是通过以非常快的速度(避免闪烁)完全点亮(以其标称电流)再关闭LED获得的，而且与LED点亮时间的百分比成正比。

　　脉宽调制

　　这种技术采用周期为T的固定频率，如图4所示。亮度的调节通过改变脉冲宽度来实现。图4显示了三种不同的发光度级别，其占空比分别是6%、50%和94%。

　　频率调制

　　这种技术由Artistic Licence公布，它采用固定宽度控制脉冲的概念，如图5所示。脉冲A总是相同的宽度，发光度由脉冲A的重复间隔来控制。

　　

 

　　图4. 脉宽调制

 

　　图5. 频率调制

　　位角调制

　　这是一项由Artistic Licence发明的新技术，它基于一串包含发光强度的二进制脉冲列。脉冲列中的每一位都按其位值的比例延展。如果最低位b0的持续时间为1，那么b1位的持续时间就为2，相应地，b2至b7位的持续时间就分别为4、8、16、32、64和128，如图6所示。

　　

 

　　图6. 位角调制

　　通信协议

　　DMX512

　　DMX512是由U.S.I.T.T(美国剧场技术研究所)公布的一项标准。该协议最初用来控制照明调光器，现在已经延伸到控制灯具移动、幻灯片放映机和很多其它照明设施。DMX512运行在EIA-485标准上。数据在8位异步串行通信的基础上进行传输，1个开始位、2个停止位，且无奇偶校验。它具有256个亮度调节级别。

　　DALI (数字寻址照明接口)

　　DALI是为电子镇流器的通信所开发的一种标准，它作为附录包含在ECG标准IEC 929中。DALI被设计用于标准组件和简单布线，即低成本应用。

　　应用领域可能是调节灯光和预置不同照明环境的数值、根据日照的方向和节能因素等适当调节灯光设置。

　　DALI的基础是主-从原则：用户通过控制器(主机)对系统进行操作，控制器向所有镇流器(从机)发送包含地址和命令的消息。地址决定着镇流器是否应该听从指示。每个镇流器都是数字寻址的，因此它对电磁噪声并不敏感(优于模拟1-10伏调光器开关系统)。

　　ZIGBEE

　　Zigbee是由Home RF lite和IEEE 802.15.4规格结合而成的通信协议。Zigbee运行在2.4GHz和868/915MHz ISM波段内。由于它能以较低的成本得到低功耗，照明应用成为其主要市场之一。Zigbee提供的网络功能在照明系统中也非常有用，而且它还具有无线控制的优势。