工程师教你如何通过LED灯串调光实现照明器调色

在许多固态照明(SSL)应用中，如建筑、区域、射灯中，色彩的精度非常重要。目前市场上也存在许多可以在照明过程中调色的产品，可用于设置白点或CCT。LED是一种实现精确色彩照明的理想光源，其色彩变换可通过混合不同颜色的LED来实现，如红、蓝、绿这几种单色来实现。混合LED色彩时，需要调整一个或多个LED灯串的亮度以实现所需的颜色混合。用颜色混合来调整LED光照的方法有很多种，下文将逐一进行分析。

单个LED管芯只能发射单色光，要获得多个颜色，可以同时使用三种主色(红、绿、蓝，RGB)LED以实现色彩混合。只需切换红色、绿色和蓝色LED通道，就可以生成7种基本色，即红、绿、蓝、黄、紫、白色以及浅绿色。要生成更多的色彩，就可以调整每个LED通道的亮度，这一步又可以通过调整流经每个 LED灯串的电流来实现。

从根本上说，实现LED调光的方式有两种：模拟/线性电流控制，和脉冲宽度调制(PWM)。二者都是通过控制流经每个LED灯串的平均电流来调整LED的亮度，且都可以应用到开关电源或线性LED驱动器。图1显示的是一个基于TPS92660的双灯串LED驱动器，包含一个巴克切换器和一个线性调节器。两个LED灯串均可利用模拟或PWM技术进行调光，这两项技术各有优劣势。在大多数应用中，调光方式的选择一般基于色彩混合性能要求。

模拟调光

模拟调光是通过调整IC内部的LED电流参考电压，或通过调整IC外部的LED电流检测电压来实现的。对于大多数LED驱动器(包括切换调节器和线性调节器)，LED电流由以下方程式决定：

其中VREF表示IC内部LED电流参考电压，RSNS表示电流检测电阻。

某些情况下可通过改变VREF来调整LED电流，但值得注意的是并非所有的LED驱动器 IC中的电流参考电压都可调。对于那些可调的IC，通常有两种方式可以实现：一是向参考电压调节引脚施加模拟电压(其中一个示例则为德州仪器的 LM3409)，二是利用诸如I2C的数字通信接口来调整参考电压(示例为德州仪器的TPS92660，其中I2C接口允许用户通过I2C命令实现LED 电流参考电压的调整)。

对于通过调整LED电流检测电压实现模拟调光的方法，由于大多数应用中的电流检测电阻均小于1Ohm，使用电位计来改变此值显得不甚实际。相反，通过注入外部DC电压可改变IC的CS(电流检测)电压。图2显示的是以改变电流检测电压为运行原理的典型模拟调光电路，CS引脚的电压由以下方程式决定：

在稳态下，CS引脚电压等于参考电压。LED电流的调整可通过调整外部DC电压VADJ或可变电阻器R2的值来实现。

然而在色彩混合应用中，模拟调光存在一项缺点。LED色温会随着电流变化而变化，且在模拟调光期间LED的亮度及颜色也可能会改变，特别是电流变化幅度较大时。因此在这些条件下系统可能无法生成所需的颜色。PWM调光

PWM调光实际上是在固定的工作周期及频率下打开和关闭LED。假设切换或多工速度足够快(通常为200Hz或更高)，人眼几乎察觉不到LED的开/关切换。采用PWM调光的LED电流由以下方程式决定：

其中IDIM是已调光LED电流，D为PWM调光信号的持续工作周期，ILED则是供应至已切换LED灯串的恒定电流。

许多LED驱动器IC均配有一个可接收由微控制器发出的PWM调光输入信号的PWM调光输入引脚。通常来说，驱动器IC仅在PWM调光信号弱时关闭 MOSFET驱动器。而MOSFET驱动器会在信号强时打开。在PWM调光关闭周期内，内部电路完全正常运作；这可以防止IC重启，进而引起PWM调光上升沿的延迟。

对于开关电源LED驱动器，LED灯串中通常安装了一个用于滤除高频切换噪音的电容器。此电容器可以放缓PWM调光LED电流的上升沿和下降沿，因此在高频、低工作周期PWM调光应用中，可以省去此电容器。图