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作者：Poornima Apte 來(lái)源：DigiKey 白熾燈和其他老式燈泡都通過(guò)電能加熱燈絲或氣體，使之灼熱而發(fā)出光線。而發(fā)光二極管 (LED) 則由特殊的半導(dǎo)體材料制成，通過(guò)電致發(fā)光方式將經(jīng)過(guò)其內(nèi)部的電能直接轉(zhuǎn)化為光線。 每種 LED 材料在施加特定電壓和電流時(shí)，會(huì)發(fā)出狹窄波長(zhǎng)范圍的光。通過(guò)調(diào)整這些值就可以讓 LED 停止發(fā)光或改變其亮度。 設(shè)計(jì)人員通常依賴恒流減少 (CCR) 或脈寬調(diào)制 (PWM) 方式來(lái)控制 LED 的亮度。兩種方式均用于調(diào)節(jié)光輸出，但工作原理卻截然不同，以下是每種方式在設(shè)計(jì)上的權(quán)衡取舍： · CCR，常被稱為模擬調(diào)光，其工作原理是通過(guò)減少流向 LED 的電流來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光。這是一種簡(jiǎn)單直觀且噪聲較低的方法，不會(huì)產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象，因此適用于基本應(yīng)用場(chǎng)景。然而，降低電流可能會(huì)稍微改變 LED 的顏色并限制調(diào)光范圍，尤其是在光線非常暗的情況下。 · PWM 通過(guò)快速開關(guān) LED 來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)光，同時(shí)在每個(gè)脈沖期間保持恒定電流。這種技術(shù)可保持色彩一致性，并實(shí)現(xiàn)更寬的調(diào)光范圍，通常可調(diào)至低于 1%。因此非常適合可調(diào)光照明或顯示屏。權(quán)衡之處在于，如果開關(guān)頻率不夠高，PWM 可能會(huì)造成電磁干擾 (EMI) 和可見(jiàn)的閃爍。設(shè)計(jì)人員必須仔細(xì)權(quán)衡這些因素。 PWM 可能需要更復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)器并需要特別注意 EMI 濾波，而 CCR 在需要顏色精度或超低調(diào)光應(yīng)用中可能表現(xiàn)不足。在某些情況下，將 CCR 與 PWM 相結(jié)合的混合方法能夠兼顧兩者的優(yōu)勢(shì)。 設(shè)計(jì)考慮因素 設(shè)計(jì)人員可以通過(guò)選擇智能設(shè)計(jì)克服 CCR 或 PWM 調(diào)光的局限性。對(duì)于 CCR，設(shè)計(jì)人員可以選擇在寬電流范圍內(nèi)具有穩(wěn)定色性能的 LED，并應(yīng)用伽馬校正或?qū)?shù)調(diào)光曲線來(lái)調(diào)整調(diào)光響應(yīng)，以匹配人類對(duì)亮度變化的感知方式。這可以讓過(guò)渡更加平滑自然。謹(jǐn)慎選擇驅(qū)動(dòng)器和優(yōu)化熱管理也可幫助維持顏色穩(wěn)定性并延長(zhǎng)調(diào)光性能，而無(wú)需額外電路。 對(duì)于 PWM 調(diào)光，關(guān)鍵挑戰(zhàn)包括閃爍、EMI 和設(shè)計(jì)復(fù)雜性。這些問(wèn)題可以通過(guò)使用高 PWM 頻率來(lái)克服，通常頻率在 20 kHz 到 25 kHz 之間，以避免可見(jiàn)的閃爍并最大限度減少對(duì)音頻或攝像頭系統(tǒng)的干擾。EMI 可以通過(guò)精心設(shè)計(jì)電路板、使用濾波器以及選擇具有可調(diào)信號(hào)速率等功能的 LED 驅(qū)動(dòng)器來(lái)有效控制。集成內(nèi)置 PWM 功能的驅(qū)動(dòng)器通過(guò)內(nèi)部生成信號(hào)簡(jiǎn)化了流程，消除了對(duì)驅(qū)動(dòng)器外部精確定時(shí)管理的需求。 CCR 可能更適合需要最低 EMI 的應(yīng)用場(chǎng)景，例如醫(yī)療環(huán)境、實(shí)驗(yàn)室或含有敏感電子設(shè)備的場(chǎng)所。該選項(xiàng)可在有限范圍內(nèi)提供可靠的平滑無(wú)頻閃調(diào)光效果，其相對(duì)簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)也使之適用于家庭、餐廳及大型場(chǎng)館等場(chǎng)景的通用照明，尤其在注重簡(jiǎn)潔性和成本效益的場(chǎng)合更為理想。 PWM 調(diào)光技術(shù)因其出色的色彩一致性和較寬的調(diào)光范圍，常運(yùn)用于舞臺(tái)照明或需要極精細(xì)光線控制的場(chǎng)合。帶集成信號(hào)源的 PWM 驅(qū)動(dòng)器通過(guò)內(nèi)部處理定時(shí)功能，進(jìn)一步簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，降低了設(shè)計(jì)復(fù)雜性。 當(dāng)選擇 PWM 方案時(shí) PWM 調(diào)光方式適合需要多通道控制、顏色一致性和汽車級(jí)可靠性的應(yīng)用。 例如 Diodes Inc. 的 AL5887Q 高級(jí) 36 通道汽車級(jí) LED 驅(qū)動(dòng)器，它具備雙模式功能。通過(guò)調(diào)節(jié)恒定電流的占空比（從 100% 到 3%），實(shí)現(xiàn)深度 PWM 調(diào)光。不過(guò)到了 3% 以下時(shí)，它會(huì)切換到模擬調(diào)光模式，通過(guò)可編程數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)與 CCR 相同的調(diào)光功能，而非采用傳統(tǒng)的模擬 CCR 專用電路。 AL5887Q 內(nèi)置 16 MHz 振蕩器，無(wú)需外部時(shí)鐘，從而簡(jiǎn)化了電路板設(shè)計(jì)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(nèi)部 PWM 發(fā)生器，可實(shí)現(xiàn)更好的色彩混合并降低噪聲。 設(shè)計(jì)人員可以針對(duì)以下應(yīng)用使用此功能： · 汽車內(nèi)飾與外飾照明 · 信息娛樂(lè)顯示屏 · 狀態(tài)指示燈 · 觸摸屏和液晶顯示屏背光 這些應(yīng)用需要控制 LED 的顏色和強(qiáng)度，而這正是 AL5887Q 驅(qū)動(dòng)器（圖 1）能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵功能。 
圖 1：Diodes Inc. 的 AL5887Q LED 驅(qū)動(dòng)器簡(jiǎn)化了汽車顯示屏和照明應(yīng)用。（圖片來(lái)源：Diodes Inc.） 控制 RGB LED 的顏色 控制 RGB LED 的顏色需要調(diào)整流向 LED 封裝內(nèi)三個(gè)不同顏色芯片的電流（圖 2）。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，要產(chǎn)生明亮的黃色，就需要將紅色和綠色發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)至其指定的最大亮度，同時(shí)將藍(lán)色 LED 調(diào)暗或關(guān)閉。同樣地，通過(guò)控制單個(gè) LED 的亮度，可以產(chǎn)生五顏六色。
圖 2：為了控制 RGB LED 的顏色，應(yīng)用需要調(diào)整流向 LED 封裝內(nèi)三個(gè)不同顏色芯片的電流。（圖片來(lái)源： Broadcom ） 典型照明應(yīng)用的架構(gòu) 一個(gè)照明應(yīng)用系統(tǒng)可能由數(shù)百個(gè) LED 和其他組件組成，所有組件均由在單個(gè)小型計(jì)算機(jī)或單片機(jī)上運(yùn)行的程序控制。 AL5887Q 的引腳分配如圖 3 所示。一個(gè)應(yīng)用可能包含多個(gè)驅(qū)動(dòng)器；每個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以連接多至 12 個(gè) RGB LED 或多至 36 個(gè)單獨(dú)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(gè) RGB LED 或 36 個(gè)獨(dú)立 LED，并配有專用引腳 OUT0 至 OUT35（圖片來(lái)源：Diodes Inc.） 為什么 AL5887Q 是優(yōu)秀的照明應(yīng)用 LED 驅(qū)動(dòng)器 AL5887Q 可以進(jìn)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(tài)指示器或類似的單色 LED 應(yīng)用。每個(gè)通道都充當(dāng)可編程恒流源，以提供均勻的亮度和色彩——這對(duì)于零售、汽車或建筑照明來(lái)說(shuō)是一個(gè)重要的考慮因素，因?yàn)檫@些照明中很容易注意到不一致性。 錯(cuò)誤檢測(cè) 除了混合和調(diào)節(jié) LED 光線之外，AL5887Q 還可以檢測(cè)各種錯(cuò)誤情況，例如短路，并將其記錄在內(nèi)部“標(biāo)志”寄存器中。AL5887Q 使用其 FAULT 引腳向單片機(jī)發(fā)出有關(guān)問(wèn)題的警報(bào)。LED 驅(qū)動(dòng)器的錯(cuò)誤檢測(cè)機(jī)制允許在單片機(jī)上運(yùn)行的應(yīng)用程序做出反應(yīng)并提供修復(fù)診斷。 應(yīng)用開發(fā)人員簡(jiǎn)化 AL5887Q 消除了控制它的單片機(jī)的一些開銷，例如強(qiáng)度顏色映射，從而簡(jiǎn)化了應(yīng)用開發(fā)人員的工作。它能夠讓單片機(jī)上運(yùn)行的程序更簡(jiǎn)單，從而減少了開發(fā)時(shí)間，并通過(guò)消除可能的錯(cuò)誤源讓系統(tǒng)更加穩(wěn)健。 成組化 有些 LED 動(dòng)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(dòng)作。與單片機(jī)程序單獨(dú)識(shí)別每個(gè) LED 并重復(fù)發(fā)送相同命令不同，AL5887Q 可配置為將 LED 組成“組”。然后整個(gè)組可以執(zhí)行同一條指令。 I²C 和 SPI 支持 高級(jí) LED 應(yīng)用一般具有許多外設(shè)和配置，需要靈活的邏輯來(lái)發(fā)現(xiàn)并相應(yīng)地對(duì)行為進(jìn)行修改。這些應(yīng)用可能會(huì)選擇 I²C，因?yàn)樵搮f(xié)議使用兩根導(dǎo)線即可發(fā)現(xiàn)數(shù)十個(gè)外圍設(shè)備并與之通信。 另一方面，具有固定配置和簡(jiǎn)單邏輯的低級(jí)應(yīng)用可以使用 SPI 進(jìn)行簡(jiǎn)化，這種協(xié)議使用了更多的線路，但可以直接與已知外圍設(shè)備通信。 AL5887Q 可同時(shí)適用這種兩種類型的應(yīng)用架構(gòu)。它支持 I²C 或 SPI 通信協(xié)議。“接口選擇”（INT_SEL）引腳允許單片機(jī)應(yīng)用在啟動(dòng)時(shí)命令驅(qū)動(dòng)電路使用其中一種通信方式。 省電模式 當(dāng) LED 關(guān)閉時(shí)，AL5887Q 會(huì)自動(dòng)進(jìn)入省電模式，此時(shí)僅消耗 25 微安電流。如果單片機(jī)向其發(fā)送任何命令，它將恢復(fù)正常模式。此功能可通過(guò)配置命令禁用。 結(jié)語(yǔ) AL5887Q 的 12 位 PWM 控制特性實(shí)現(xiàn)了精度與靈活性的完美結(jié)合，因此成為高級(jí) LED 照明應(yīng)用通用、可靠的選擇。其小巧的尺寸和集成的功能減少了對(duì)額外組件的需求，降低了總體成本并簡(jiǎn)化了開發(fā)。 |
