设计三通道LED驱动器的方法

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。

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。

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)。