如何設計三通道LED驅動器

固態照明正迅速成為機電工程與設計領域的熱點之一。LED實現了靈活性與高效性的結合，這是傳統照明技術無法比擬的。LED可以長時間提供穩定可靠的照明，而且采用小型封裝，因此正在建筑和舞臺照明應用領域得到廣泛采用。但是，每種不同的照明應用都有其獨特性，不同的市場領域需要具有不同特性的產品。因此，市場中集成電路的專業化趨勢不斷加強，也導致本來已經種類繁多的產品型號變得更加豐富多彩。可編程混合信號微控制器正得到快速采用，因為單個微控制器能集成脈寬調制器(PWM)、通信接口、放大器、比較器及數據轉換器等多種外設。

通過將上述外設的完美組合，可實現對功能豐富而強大的可調光降壓轉換器等器件的控制。用于LED驅動器應用的降壓轉換器應為電流模式調節器，因為LED是電流模式器件。我們從LEDV-I曲線可以看出，正向電壓稍有變化，就會對電流產生較大影響。因此，任何LED驅動器電路的反饋都應視為電流。此外，我們應使用恒定電流，因為制造商會根據正向電流電平設定LED的顏色與強度。上述特性相當重要，因為我們要通過有關特性值來確保系統符合整體規范的要求。

圖1給出了典型的LED系統，包括通信接口、不同顏色的LED(每種顏色都代表一個通道)、智能化功能以及每個通道的恒定電流驅動器。通信接口可以為DMX512或DALI，這是兩種標準的照明協議，此外也可以為ZigBee或無線USB接口。智能化功能可通過內置模數轉換器(ADC)與LED調光外設的微控制器實現。ADC用于監控溫度與LED電流等系統變量，完成系統監控與色彩混合任務。驅動器為通道中的每個LED提供恒定電流。驅動器的復雜性與質量決定了驅動器的價格。

圖1：典型的LED系統方框圖。

磁滯降壓控制器

在微控制器上集成LED驅動器有助于減小整體系統解決方案的尺寸。現在，幾乎沒有什么解決方案將開關模式電源(SMPS)這樣的高功率元件與微控制器的智能化功能完美結合在一起。退而求其次，就是將SMPS的反饋與控制電路完美集成在微控制器中。如圖1所示，CY8CLED16EZ-Color器件正好具備上述功能所需的模擬電路。在該設計方案中，SMPS拓撲為電流模式可控磁滯降壓轉換器架構(見圖2)。

圖2：磁滯控制器。

啟動時，通過電感的電流開始上升，直至比較器正輸入的電壓大于比較器負輸入的電壓。隨后，轉換器將作為自由運行的振蕩器，電流會在兩個層面間充電和放電。

ITH_HIGH與ITH_LOW的大小可由并聯電阻、RIN與RHYST反饋電阻以及DAC輸出電壓通過下列等式計算得出。我們可以看到，RHYST值越大，ITH_HIGH與ITH_LOW的差就越小。

合上PFET將啟動充電過程(如圖4a所示)，電感器開始充電。比較器可通過測量并聯電阻電壓來監控電感器電流。當電流達到閾值ITH_HIGH時，就開始進入放電過程(如圖4b所示)。在放電階段，電流通過續流二極管放電。續流二極管保護電路元件免受電感反沖的影響，并且保持LED處于打開狀態。LED中的電流超過ITH_LOW閾值后，充電過程再次開始。

圖4：降壓轉換器的充電階段(圖a)與放電階段(圖b)。