基于微控制器的LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)?、?quán)衡和局限

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　　本文主要探討基于微控制器的LED驅(qū)動(dòng)器。它考察了以微控制器作為系統(tǒng)核心所能采用的各種不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。它還詳細(xì)討論了各種拓?fù)涞臋?quán)衡，著重于它們的主要特性和局限：通訊、電壓和電流容量、調(diào)光技術(shù)，以及開關(guān)速度等。

　　什么是高亮度LED，它需要用什么來驅(qū)動(dòng)?

　　高亮度發(fā)光二極管(HI-LED)是一種半導(dǎo)體設(shè)備，只允許電流按一個(gè)方向流動(dòng)。它是由兩種半導(dǎo)體材料結(jié)合后所形成的PN結(jié)構(gòu)成的。高亮度LED與標(biāo)準(zhǔn)LED的差別在于它們的輸出功率。傳統(tǒng)LED的輸出功率一般都限定在50毫瓦以內(nèi)，而高亮度LED可達(dá)1-5瓦。

　　圖1顯示了HI-LED內(nèi)部電壓與電流的典型關(guān)系。在正向電壓 (VF)超出內(nèi)部門檻電壓前，HI-LED上幾乎沒有正向電流(IF)流過。如果VF進(jìn)一步升高，曲線將以線性斜率突然快速上升，形成一個(gè)形似膝蓋的曲線。

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　　圖1. LED的電壓與電流關(guān)系曲線

　　LED的輸出亮度與正向電流成正比，因此，如果IF未得到適當(dāng)控制，輸出亮度就可能出現(xiàn)無法接受的變化。另外，如果超過制造商規(guī)定的最大IF限制，還可能嚴(yán)重縮短LED的使用壽命。

　　高亮度LED應(yīng)該由電子驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制，這些電子驅(qū)動(dòng)器的主要功能是構(gòu)成一個(gè)恒定的電流源。采用本文后面介紹的技術(shù)，這些電路可以提供發(fā)光度控制，在某些情況下還可以對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。

　　為確保系統(tǒng)所提供色彩的一致性，HI-LED的制造商建議以恒定的標(biāo)稱電流的脈沖輸出對LED進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)。

　　簡單拓?fù)浼捌錂?quán)衡

　　設(shè)計(jì)高亮度LED驅(qū)動(dòng)器面臨的挑戰(zhàn)是構(gòu)造一個(gè)控制良好的、可編程的、穩(wěn)定的電流源，而且還有較高的效率。

　　使用串聯(lián)電阻器(線性法)

　　調(diào)節(jié)電流的最簡單方式就是加一個(gè)串聯(lián)電阻器，如圖2A所示。其優(yōu)點(diǎn)在于成本低、實(shí)施簡單，而且不會(huì)由于開關(guān)而產(chǎn)生噪音。不幸的是，這種拓?fù)溆袃蓚€(gè)主要缺陷：第一，電阻器上的大量損耗導(dǎo)致系統(tǒng)效率降低;其次，它不能改變發(fā)光度。而且，這種方案需要用穩(wěn)壓源來得到恒定的電流。舉個(gè)例子，如果我們假設(shè)VDD是5伏，而LED的VF是3.0伏，那么如果需要產(chǎn)生350毫安的恒定電流，您將需要：R=V/I，此時(shí)R = (5V-3.0V)/350mA = 5.7Ω。

　　可以看到，采用這些值，R將消耗R×I2即0.7瓦(幾乎相當(dāng)于LED的功率)，因此總體效率就不可避免地低于50%。

　　這種方法假定有恒定的VDD和恒定的VF。實(shí)際上，VF會(huì)隨著溫度的變化而變化，使得電流也發(fā)生變化。采用較高的VDD可以將由VF引起的總體電流變動(dòng)降至最低，但是會(huì)在電阻器上產(chǎn)生巨大損耗，從而進(jìn)一步降低效率。

　　當(dāng)我們構(gòu)造了一個(gè)流過LED的恒定電流后，就需要找到某種方法來設(shè)置不同的發(fā)光度。我們知道這些LED總是需要以其標(biāo)稱電流來驅(qū)動(dòng)的，所以我們可以用可編程的占空比來通斷電流，從而實(shí)現(xiàn)對發(fā)光度的控制。這樣就需要一個(gè)開關(guān)，如圖2B所示。

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　　圖2. LED驅(qū)動(dòng)器拓?fù)?/p>

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　　圖3. LED和開關(guān)電流