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基于微控制器的LED驅(qū)動器拓撲、權衡和局限
本文主要探討基于微控制器的LED驅(qū)動器。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撲結(jié)構(gòu)。它還詳細討論了各種拓撲的權衡，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，以及開關速度等。
什么是高亮度LED，它需要用什么來驅(qū)動？
高亮度發(fā)光二極管(HI-LED)是一種半導體設備，只允許電流按一個方向流動。它是由兩種半導體材料結(jié)合后所形成的PN結(jié)構(gòu)成的。高亮度LED與標準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1-5瓦。
圖1顯示了HI-LED內(nèi)部電壓與電流的典型關系。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進一步升高，曲線將以線性斜率突然快速上升，形成一個形似膝蓋的曲線。
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)定的大IF限制，還可能嚴重縮短LED的使用壽命。
高亮度LED應該由電子驅(qū)動器進行控制，這些電子驅(qū)動器的主要功能是構(gòu)成一個恒定的電流源。采用本文后面介紹的技術，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行補償。
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稱電流的脈沖輸出對LED進行亮度調(diào)節(jié)。
簡單拓撲及其權衡
設計高亮度LED驅(qū)動器面臨的挑戰(zhàn)是構(gòu)造一個控制良好的、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)電流的簡單方式就是加一個串聯(lián)電阻器，如圖2A所示。其優(yōu)點在于成本低、實施簡單，而且不會由于開關而產(chǎn)生噪音。不幸的是，這種拓撲有兩個主要缺陷：，電阻器上的大量損耗導致系統(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。舉個例子，如果我們假設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。實際上，VF會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降至低，但是會在電阻器上產(chǎn)生巨大損耗，從而進一步降低效率。