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作者：Poornima Apte 來源：DigiKey 白熾燈和其他老式燈泡都通過電能加熱燈絲或氣體，使之灼熱而發出光線。而發光二極管 (LED) 則由特殊的半導體材料制成，通過電致發光方式將經過其內部的電能直接轉化為光線。 每種 LED 材料在施加特定電壓和電流時，會發出狹窄波長范圍的光。通過調整這些值就可以讓 LED 停止發光或改變其亮度。 設計人員通常依賴恒流減少 (CCR) 或脈寬調制 (PWM) 方式來控制 LED 的亮度。兩種方式均用于調節光輸出，但工作原理卻截然不同，以下是每種方式在設計上的權衡取舍： · CCR，常被稱為模擬調光，其工作原理是通過減少流向 LED 的電流來實現調光。這是一種簡單直觀且噪聲較低的方法，不會產生閃爍現象，因此適用于基本應用場景。然而，降低電流可能會稍微改變 LED 的顏色并限制調光范圍，尤其是在光線非常暗的情況下。 · PWM 通過快速開關 LED 來實現調光，同時在每個脈沖期間保持恒定電流。這種技術可保持色彩一致性，并實現更寬的調光范圍，通常可調至低于 1%。因此非常適合可調光照明或顯示屏。權衡之處在于，如果開關頻率不夠高，PWM 可能會造成電磁干擾 (EMI) 和可見的閃爍。設計人員必須仔細權衡這些因素。 PWM 可能需要更復雜的驅動器并需要特別注意 EMI 濾波，而 CCR 在需要顏色精度或超低調光應用中可能表現不足。在某些情況下，將 CCR 與 PWM 相結合的混合方法能夠兼顧兩者的優勢。 設計考慮因素 設計人員可以通過選擇智能設計克服 CCR 或 PWM 調光的局限性。對于 CCR，設計人員可以選擇在寬電流范圍內具有穩定色性能的 LED，并應用伽馬校正或對數調光曲線來調整調光響應，以匹配人類對亮度變化的感知方式。這可以讓過渡更加平滑自然。謹慎選擇驅動器和優化熱管理也可幫助維持顏色穩定性并延長調光性能，而無需額外電路。 對于 PWM 調光，關鍵挑戰包括閃爍、EMI 和設計復雜性。這些問題可以通過使用高 PWM 頻率來克服，通常頻率在 20 kHz 到 25 kHz 之間，以避免可見的閃爍并最大限度減少對音頻或攝像頭系統的干擾。EMI 可以通過精心設計電路板、使用濾波器以及選擇具有可調信號速率等功能的 LED 驅動器來有效控制。集成內置 PWM 功能的驅動器通過內部生成信號簡化了流程，消除了對驅動器外部精確定時管理的需求。 CCR 可能更適合需要最低 EMI 的應用場景，例如醫療環境、實驗室或含有敏感電子設備的場所。該選項可在有限范圍內提供可靠的平滑無頻閃調光效果，其相對簡單的結構也使之適用于家庭、餐廳及大型場館等場景的通用照明，尤其在注重簡潔性和成本效益的場合更為理想。 PWM 調光技術因其出色的色彩一致性和較寬的調光范圍，常運用于舞臺照明或需要極精細光線控制的場合。帶集成信號源的 PWM 驅動器通過內部處理定時功能，進一步簡化了設計流程，降低了設計復雜性。 當選擇 PWM 方案時 PWM 調光方式適合需要多通道控制、顏色一致性和汽車級可靠性的應用。 例如 Diodes Inc. 的 AL5887Q 高級 36 通道汽車級 LED 驅動器，它具備雙模式功能。通過調節恒定電流的占空比（從 100% 到 3%），實現深度 PWM 調光。不過到了 3% 以下時，它會切換到模擬調光模式，通過可編程數字控制實現與 CCR 相同的調光功能，而非采用傳統的模擬 CCR 專用電路。 AL5887Q 內置 16 MHz 振蕩器，無需外部時鐘，從而簡化了電路板設計和布局，縮小了印刷電路板占用空間，并降低了物料清單 (BOM) 成本。它使用 12 位 PWM 可尋址寄存器和 30 kHz 內部 PWM 發生器，可實現更好的色彩混合并降低噪聲。 設計人員可以針對以下應用使用此功能： · 汽車內飾與外飾照明 · 信息娛樂顯示屏 · 狀態指示燈 · 觸摸屏和液晶顯示屏背光 這些應用需要控制 LED 的顏色和強度，而這正是 AL5887Q 驅動器（圖 1）能夠實現的關鍵功能。 
圖 1：Diodes Inc. 的 AL5887Q LED 驅動器簡化了汽車顯示屏和照明應用。（圖片來源：Diodes Inc.） 控制 RGB LED 的顏色 控制 RGB LED 的顏色需要調整流向 LED 封裝內三個不同顏色芯片的電流（圖 2）。簡單來說，要產生明亮的黃色，就需要將紅色和綠色發光二極管驅動至其指定的最大亮度，同時將藍色 LED 調暗或關閉。同樣地，通過控制單個 LED 的亮度，可以產生五顏六色。
圖 2：為了控制 RGB LED 的顏色，應用需要調整流向 LED 封裝內三個不同顏色芯片的電流。（圖片來源： Broadcom ） 典型照明應用的架構 一個照明應用系統可能由數百個 LED 和其他組件組成，所有組件均由在單個小型計算機或單片機上運行的程序控制。 AL5887Q 的引腳分配如圖 3 所示。一個應用可能包含多個驅動器；每個驅動器可以連接多至 12 個 RGB LED 或多至 36 個單獨的 LED，并帶有專用引腳 OUT0 至 OUT35。
圖 3：AL5887Q 的引腳分配。它最多可連接 12 個 RGB LED 或 36 個獨立 LED，并配有專用引腳 OUT0 至 OUT35（圖片來源：Diodes Inc.） 為什么 AL5887Q 是優秀的照明應用 LED 驅動器 AL5887Q 可以進行通道混合和匹配，其中一些通道用于顏色混合，另一些用于狀態指示器或類似的單色 LED 應用。每個通道都充當可編程恒流源，以提供均勻的亮度和色彩——這對于零售、汽車或建筑照明來說是一個重要的考慮因素，因為這些照明中很容易注意到不一致性。 錯誤檢測 除了混合和調節 LED 光線之外，AL5887Q 還可以檢測各種錯誤情況，例如短路，并將其記錄在內部“標志”寄存器中。AL5887Q 使用其 FAULT 引腳向單片機發出有關問題的警報。LED 驅動器的錯誤檢測機制允許在單片機上運行的應用程序做出反應并提供修復診斷。 應用開發人員簡化 AL5887Q 消除了控制它的單片機的一些開銷，例如強度顏色映射，從而簡化了應用開發人員的工作。它能夠讓單片機上運行的程序更簡單，從而減少了開發時間，并通過消除可能的錯誤源讓系統更加穩健。 成組化 有些 LED 動畫效果（如閃爍和“呼吸”（類似于緩慢脈沖））涉及許多 LED 上的同步動作。與單片機程序單獨識別每個 LED 并重復發送相同命令不同，AL5887Q 可配置為將 LED 組成“組”。然后整個組可以執行同一條指令。 I²C 和 SPI 支持 高級 LED 應用一般具有許多外設和配置，需要靈活的邏輯來發現并相應地對行為進行修改。這些應用可能會選擇 I²C，因為該協議使用兩根導線即可發現數十個外圍設備并與之通信。 另一方面，具有固定配置和簡單邏輯的低級應用可以使用 SPI 進行簡化，這種協議使用了更多的線路，但可以直接與已知外圍設備通信。 AL5887Q 可同時適用這種兩種類型的應用架構。它支持 I²C 或 SPI 通信協議。“接口選擇”（INT_SEL）引腳允許單片機應用在啟動時命令驅動電路使用其中一種通信方式。 省電模式 當 LED 關閉時，AL5887Q 會自動進入省電模式，此時僅消耗 25 微安電流。如果單片機向其發送任何命令，它將恢復正常模式。此功能可通過配置命令禁用。 結語 AL5887Q 的 12 位 PWM 控制特性實現了精度與靈活性的完美結合，因此成為高級 LED 照明應用通用、可靠的選擇。其小巧的尺寸和集成的功能減少了對額外組件的需求，降低了總體成本并簡化了開發。 |
