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三通道LED驱动器设计

2010-10-12 23:38
冷血の爱
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  固态照明正迅速成为机电工程与设计领域的热点之一。LED实现了灵活性与高效性的结合,这是传统照明技术无法比拟的。LED可以长时间提供稳定可靠的照明,而且采用小型封装,因此正在建筑和舞台照明应用领域得到广泛采用。但是,每种不同的照明应用都有其独特性,不同的市场领域需要具有不同特性的产品。因此,市场中集成电路的专业化趋势不断加强,也导致本来已经种类繁多的产品型号变得更加丰富多彩。可编程混合信号微控制器正得到快速采用,因为单个微控制器能集成脉宽调制器(PWM)、通信接口、放大器、比较器及数据转换器等多种外设。

  通过将上述外设的完美组合,可实现对功能丰富而强大的可调光降压转换器等器件的控制。用于LED驱动器应用的降压转换器应为电流模式调节器,因为LED是电流模式器件。我们从LEDV-I曲线可以看出,正向电压稍有变化,就会对电流产生较大影响。因此,任何LED驱动器电路的反馈都应视为电流。此外,我们应使用恒定电流,因为制造商会根据正向电流电平设定LED的颜色与强度。上述特性相当重要,因为我们要通过有关特性值来确保系统符合整体规范的要求。

  图1给出了典型的LED系统,包括通信接口、不同颜色的LED(每种颜色都代表一个通道)、智能化功能以及每个通道的恒定电流驱动器。通信接口可以为DMX512或DALI,这是两种标准的照明协议,此外也可以为ZigBee或无线USB接口。智能化功能可通过内置模数转换器(ADC)与LED调光外设的微控制器实现。ADC用于监控温度与LED电流等系统变量,完成系统监控与色彩混合任务。驱动器为通道中的每个LED提供恒定电流。驱动器的复杂性与质量决定了驱动器的价格。

  三通道LED驱动器设计

  图1:典型的LED系统方框图。

  磁滞降压控制器

  在微控制器上集成LED驱动器有助于减小整体系统解决方案的尺寸。现在,几乎没有什么解决方案将开关模式电源(SMPS)这样的高功率元件与微控制器的智能化功能完美结合在一起。退而求其次,就是将SMPS的反馈与控制电路完美集成在微控制器中。如图1所示,CY8CLED16EZ-Color器件正好具备上述功能所需的模拟电路。在该设计方案中,SMPS拓扑为电流模式可控磁滞降压转换器架构(见图2)。

  图2:磁滞控制器。

  图2:磁滞控制器。

  启动时,通过电感的电流开始上升,直至比较器正输入的电压大于比较器负输入的电压。随后,转换器将作为自由运行的振荡器,电流会在两个层面间充电和放电。

  ITH_HIGH与ITH_LOW的大小可由并联电阻、RIN与RHYST反馈电阻以及DAC输出电压通过下列等式计算得出。我们可以看到,RHYST值越大,ITH_HIGH与ITH_LOW的差就越小。

  

  

  合上PFET将启动充电过程(如图4a所示),电感器开始充电。比较器可通过测量并联电阻电压来监控电感器电流。当电流达到阈值ITH_HIGH时,就开始进入放电过程(如图4b所示)。在放电阶段,电流通过续流二极管放电。续流二极管保护电路元件免受电感反冲的影响,并且保持LED处于打开状态。LED中的电流超过ITH_LOW阈值后,充电过程再次开始。

  图4:降压转换器的充电阶段(图a)与放电阶段(图b)。

  图4:降压转换器的充电阶段(图a)与放电阶段(图b)。

 

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