RGB LED气氛灯光照明—营造温馨照明的MSP430

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  •     高亮度 LED 在照明应用中的使用越来越广泛。我们在这里将介绍一种简单的“气氛照明灯”,其仅使用了少量的组件。所有这三 种 LED 均由使用开关调节器的恒定电流来供电,同时亮度控制由能够产生三种 PWM 信号的 MSP430 微控制器来完成。可以用磨 砂玻璃外壳将印刷电路板安装到台灯中,或者也可以和 LED 聚光灯一起使用来进行间接照明。

    无论其功耗有多大,现在的 LED 通常都使用一个恒定电流源来驱动。这是因为以流明 (lm) 为单位的光输出量和电流量成正比例 关系。

    因此,所有的 LED 厂商都规定了诸如光输出(有时称为光学效率)、可视角度和波长等参数,作为正向电流 IF 的函数,而非像人 们所期望的那样作为正向电压 VF 的函数。所以,我们在电路中使用了适当的恒定电流调节器。

    用于高亮度 LED 的恒定电流


     

    市场上大多数开关调节器都被配置为恒定电压源,而非恒定电流源。将恒定电压调节器转换为恒定电流运行必须要对电路进行 简单、稍微的改动。我们使用了一个压降被调节了的电流感应电阻器,而非通常用于设定输出电压的分压器。图 1 显示了该电路的 简化图。

    RGB LED气氛灯光照明—营造温馨照明的MSP430

    图 1 一个开关调节器既可以被配置为一个电压源也可被配置为一个电流源

    LED 亮度调节


     

    LED 亮度调节的方法主要有两种。第一种也是最为简单的一种方法便是利用模拟控制直接控制流经 LED 的电流:通过降低流经 LED 的电流带来降低其亮度。然而不幸的是,这种方法存在两个严重的缺点。首先,LED 的亮度并非严格地和电流成正比例关系, 其次,当电流的变化超过 LED 额定值时发光的波长(以及由此带来的颜色变化)可能会随着电流变化而发生变化。这两种现象通常 是我们不希望看到的。

    稍微复杂一点的控制方法是使用能够提供 LED 额定工作电流的恒定电流源。这样,附加电路就可以利用给定脉冲间隔比 (mark -space ratio) 快速地将 LED 开启和关闭,从而平均发出更少的光,感觉就像是光的强度降低了。通过脉冲间隔比,我们可以较轻松地 对 LED 的感知亮度进行调节。这种方法被称为脉宽调制(或 PWM)。

    利用 PWM 进行调光


     

    作为一个示例,我们将会看到一些使用 TPS62260 实施 PWM 控制的方法。TPS62260 是一款同步降压转换器,其具有集成的开关 元件,典型的时钟频率为 2.25MHz。在图 2 的电路中,我们以黑色显示了将 PWM 信号直接连接至 EN(使能)引脚的可能性。整个开 关调节器电路和 PWM 信号一起开启和关闭。在我们实验中的试验表明,在这种配置中,我们可以使用一个高达 100Hz 的 PWM 频 率。这种排列的优点是其简易性:不需要额外的组件。另外,它还是最为高效能的实施方法,因为该开关调节器在关闭时仅产生非 常少的静态电流。其缺点是,LED 对使能引脚上高电平的反应被延迟。这是因为开关调节器具有一种“软启动”功能:当器件被开启时 ,输出电流逐渐上升,直到其达到额定的 LED 电流。在一些应用中,这种上升斜坡可能会存在一些问题,因为 LED 发光的波长随电 流从其最小值到正常工作电平的逐渐增强而变化。例如,在一个 DLP 投影仪或 LCD 电视面板的 LED 背光灯中,这种变化可能是我 们无法接受的。但是,就这个示范项目而言,肉眼无法看到这种影响。

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