挑戰高亮度

低功耗指示燈LED在眾多產品中占據著重要位置且大多數工程師熟知其簡單設計：他們所需要的隻是一個電源和一個具有合適阻值的串聯電阻
，以保持LED的電流低於小於5 mA的典型值。設計人員可將LED連接到單片機上的GPIO引腳使之閃爍。然而，將高亮度
、高電流LED（正向電流超過350 mA）串聯在一起，簡單的LED設計卻會變得相當複雜。此時
，除了溫度變化和LED本身產生的極高溫度以外，設計人員還麵臨控製電流的挑戰。

溫度控製

通常
，LED的正向電壓（VF）隨著溫度的升高而增大，即使在正向電流恒定和穩定的情況下也是如此。圖2顯示了未適當調節的正向電流與LED的正向電壓保持一致變化的情形，並解釋了為何控製流經LED的正向電流比控製正向電壓更重要。

高功耗LED本身產生的大量熱量可導致LED壽命明顯降低並可能過早損壞。對於每個設計來說，有效控製LED的正向電流就需要根據目標正向電流和預估正向電壓來確定散熱水平。使用溫度傳感器還可監視可能的過熱情況。
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智能電流控製

高亮度LED需要保持相對較高的恒定電流才能保持亮度和色彩。圖1顯示了LED的光通量與流經LED的正向電流（IF）的比例關係。因此，保持正向電流恒定對於實現一致的色彩和光輸出至關重要。采用簡單的電阻與LED串聯電路時
，可通過以下公式確定正向電流：

(IF = (VSource-VF)/R)
當電源電壓（VSource）變化時，正向電流將跟著變化，從而導致LED發出的光能量也發生變化。因此，需要使用一個可有效調節正向電流的電源來驅動LED。

色彩控製

LED幾乎可以立即改變其光輸出這一事實
，使其成為了需要快速改變色彩的燈具的理想之選。通過使用一係列紅色

、綠色和藍色LED便可產生任意一種顏色，而我們隻需調整每個LED的亮度。一種方法是簡單地增大或減小每個LED的正向電流。但該方法的問題是
，改變正向電壓不僅會改變亮度，還會使LED的輸出光顏色略微改變
，這對需要準確色彩的應用來說是個問題。

另一種方法是使用脈衝電流，它可提供相同的調光效果，而輸出光顏色不會有感知上的變化。如圖3所示，紅色虛線表示平均脈衝電流在產生亮度變化的同時卻保持流過LED的正向電流恒定，因此
，不會改變感知色彩。

數字調光控製

使用數字信號控製器（DSC）極大地簡化了采用脈衝電流技術的調光過程。許多DSC上的高級PWM模塊可用來生成PWM信號，這些信號用來控製LED的功率級。這些PWM模塊具有可快速、準確關閉PWM 輸出的“改寫輸入”

，支持控製流經LED的電流，從而對LED進行調光。調光量量化為介於零和表示最大亮度的值之間的數字。要將LED設置為50%亮度，計數器將從零計數到255並在計數到128時觸發PWM 改寫。然後，PWM輸出關斷以消除LED電流。當計數器達到其最大值255時，複位為0並重新使能PWM。當需要對LED進行調光時重複該過程以產生脈衝電流
，如圖4所示。通常使用400 Hz以上的頻率來確保調光頻率足夠快
，這樣人眼才不會察覺到LED閃爍。

數字通信

DSC具有足夠的處理能力，可在智能控製LED裝置的同時實現通信協議，而無需單獨的通信/控製器件。例如
，DMX512照明控製協議使用標準單向通信，即通過一個主器件和多個從器件以每個數據包512字節的速率向各個照明裝置發送命令，且可單獨尋址每個器件或節點。高速處理支持DSP將執行快速控製回路（如用於升壓轉換器的PI控製器）作為首要任務，而同時在後台運行通信協議（如DMX512）。由於通信是由軟件實現
，因此不局限於單個協議，支持使用任何通信機製控製此裝置。
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數字LED驅動

除了調光控製，DSC還可提供一個有效電源來控製高亮度LED的正向電流。降壓和升壓開關電源（SMPS）拓撲均可用於為LED供電且均可受益於DSC智能。

當LED或串聯LED的正向電壓小於電源電壓時
，使用降壓拓撲。在該拓撲中，如圖5所示，PWM 控製開關（Q）
，而當開關（Q）關閉時檢測電阻（Rsns）上的電壓對應LED的正向電流。DSC的比較器用於比較電阻（Rsns）上的電壓與可配置的內部參考電壓，該參考電壓與所需的LED正向電流成正比。當檢測電壓大於內部參考電壓時，該模擬比較器將禁止PWM的短路開關（Q）

，使得電感（L）通過二極管（D）和LED釋放其存儲的電流。下一個PWM周期開始時

，開關（Q）關閉
，並再次開始該過程。DSC的高級特性使該方法可有效調節流經LED的正向電流，而不會造成任何CPU開銷。

當LED或串聯LED的正向電壓大於電源電壓時
，使用升壓拓撲，如圖6所示。和降壓拓撲一樣
，PWM 控製開關（Q），監視流經檢測電阻（Rsns）的正向電流。DSC上的ADC模塊采樣檢測電阻上的電壓，該電壓對應LED的正向電流。DSC 上由軟件執行的比例積分（PI）控製回路使用該值，根據ADC 讀數和對應所需電流的軟件參考值來調整開關（Q）的占空比。通過由軟件實現PI控製回路
，DSC增強了各種控製回路方法的靈活性。同時，降低PI控製回路的CPU開銷也意味著DSC可控製多串LED並仍有足夠的能力來支持其他特性。

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