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數字控制LED 點亮生活新色彩

作者: 時間:2013-12-11 來源:網絡 收藏
現代化的城市流光溢彩。社區沐浴在鈉離子街燈的橙色光芒下。汽車頭尾燈交相輝映,將公路化作一條光河,整個市區籠罩在摩天大樓精妙的色調中。頂級的音樂會使用燈光來變換舞臺。建筑物采用多彩燈光增添吸引力,甚至水池也利用變色燈光來營造氣氛。

  電子發光設備無處不在,能夠投射任意顏色的燈飾也越來越普遍。引領著變色燈飾向更高效、更易于獲取及成本更低的方向發展。借助,設計人員找到了效率、混色調光功能以及長使用壽命的獨特組合。采用數字信號控制器(DSC)可對進行,這使得燈飾兼有智能和與外界通信的能力。設計人員可以利用這些功能自由發揮,在LED燈飾中實現各種創新和令人興奮的功能。

  大多數工程師非常熟悉典型的低功耗LED指示燈,無論是表面貼裝還是經典的直插式封裝。使用這些LED指示燈只需一個電壓源和一個阻值適當的串聯電阻,以使LED的電流符合規范——通常小于5 mA。將LED與單片機的GPIO引腳連接,便可實現最常見的應用之一——閃爍的LED。但是,如果將10個正向電流超過350 mA的高亮度、高電流LED串聯在一起,所有這些簡單性便蕩然無存了。

圖1:光通量與正向電流成比例關系

圖1:光通量與正向電流成比例關系

  圖1:光通量與正向電流成比例關系

  高亮度LED的首要問題是,如何有效維持高恒定電流,以保持其亮度和顏色。如圖1所示,LED的光通量(LED發出的光量的有效量度)與通過LED的正向電流相關。這表明,要實現一致的顏色和光輸出,需要使通過LED的正向電流(IF)保持恒定。如果考慮單純將一個電阻與LED串聯的情況,正向電流可通過如下公式確定:IF = (VSource-VF)/R。當源電壓(VSource)變化時,正向電流(IF)也將波動,進而導致LED發出的光量發生變化。這清楚地表明,用來驅動LED的電源需要能有效調節LED的正向電流。通常,LED和二極管的一個特性是,正向電壓(VF)會隨著溫度的升高而增大——即使正向電流恒定且經過調節也是如此。如圖2所示,如果當LED的正向電壓發生變化時,倘若不對正向電流進行適當調節,則正向電流也將增大。這再次說明了需要適當調節通過LED的正向電流,而不是正向電壓。

圖2:正向電壓的變化對正向電流的影響
圖2:正向電壓的變化對正向電流的影響

  圖2:正向電壓的變化對正向電流的影響

  另一個主要挑戰是發熱。高功耗LED會發熱——非常熱。過熱會大幅縮短LED的使用壽命,還可能導致LED過早出現故障。通過有效控制LED的正向電流,設計人員能夠根據目標正向電流和估計的正向電壓確定散熱需求。還可以使用溫度傳感器來監視可能的過熱情況。除了上述問題,高亮度LED還有其他必須解決的問題。不過,憑借DSC的智能,這些問題可通過基于軟件的控制來解決。

  LED具有幾乎瞬間更改光輸出的驚人能力。這使得LED非常適合彩色燈飾應用,因為顏色可以快速變化。只需串聯紅色、綠色和藍色的LED或LED串,通過調整每個LED的亮度便可實現彩虹的任意顏色。此時,每個LED的調光成為了設計挑戰。由于LED的正向電流決定了亮度,顯而易見的方法是簡單地增大或減小每個LED的正向電流。但這會產生一個問題,當LED的正向電流變化時,其顏色也會略微變化。這在必須保持顏色準確的應用中是不理想的。因此,我們不直接降低或增大LED的正向電流,而是使正向電流呈脈沖變化,這樣所得到的調光效果與降低正向電流的效果相同。如圖3所示,這種方法的效果很明顯。紅色虛線表示平均電流,會產生可察覺到的亮度變化。但是,通過LED的正向電流保持恒定,因此顏色可保持不變。

圖3:脈沖式正向電流會產生可覺察的亮度變化


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關鍵詞: 數字控制 LED

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