在現(xiàn)代便攜式設(shè)備中，LED(發(fā)光二極管)作為一種高效、長(zhǎng)壽命的固態(tài)照明(SSL)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于各種背光照明、手電筒及屏幕顯示等場(chǎng)合。然而，為了滿足不同光照環(huán)境的需求，如何有效調(diào)節(jié)LED的亮度成為了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。本文將深入探討模擬技術(shù)如何簡(jiǎn)化便攜式應(yīng)用中的LED亮度調(diào)節(jié)，并通過(guò)實(shí)例解析其高效性和成本優(yōu)勢(shì)。

引言

隨著科技的發(fā)展，便攜式設(shè)備如智能手機(jī)、平板電腦、GPS導(dǎo)航系統(tǒng)及手電筒等，已成為人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡囊徊糠?。這些設(shè)備普遍采用LED作為照明和顯示元件，不僅因?yàn)長(zhǎng)ED具有高能效、長(zhǎng)壽命和低發(fā)熱等優(yōu)點(diǎn)，還因?yàn)槠淞炼纫子谡{(diào)節(jié)，能夠適應(yīng)各種光照環(huán)境。然而，為了延長(zhǎng)電池壽命和提供更好的用戶體驗(yàn)，如何在保持高效能的同時(shí)實(shí)現(xiàn)靈活的亮度調(diào)節(jié)，成為了一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

模擬亮度調(diào)節(jié)技術(shù)概述

LED的亮度調(diào)節(jié)主要有兩種方法：模擬調(diào)光和數(shù)字調(diào)光(也稱PWM調(diào)光)。模擬調(diào)光通過(guò)改變LED回路中的電流大小來(lái)調(diào)節(jié)亮度，而數(shù)字調(diào)光則通過(guò)PWM波開(kāi)啟和關(guān)閉LED來(lái)改變正向電流的導(dǎo)通時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)亮度調(diào)節(jié)。相較于數(shù)字調(diào)光，模擬調(diào)光在效率、簡(jiǎn)單性和成本方面具有顯著優(yōu)勢(shì)。

模擬調(diào)光技術(shù)的核心在于控制LED的驅(qū)動(dòng)電流，因?yàn)長(zhǎng)ED的光輸出與其驅(qū)動(dòng)電流成正比。在低驅(qū)動(dòng)電流條件下，LED的正向電壓較低，這使得模擬調(diào)光在效率上優(yōu)于PWM調(diào)光。此外，模擬調(diào)光結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，控制功耗低，適合在小型電池供電的設(shè)備中使用。

模擬亮度調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方式

在便攜式應(yīng)用中，模擬亮度調(diào)節(jié)的實(shí)現(xiàn)通常依賴于一種創(chuàng)新的方法來(lái)建立參考電壓，進(jìn)而控制LED的驅(qū)動(dòng)電流。傳統(tǒng)的模擬調(diào)光方法可能需要使用RC濾波器對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行處理，或者依賴價(jià)格較高的數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)來(lái)生成模擬電壓。然而，這些方法不僅增加了電路的復(fù)雜性，還提高了成本。

為了簡(jiǎn)化這一過(guò)程，一種基于電位計(jì)(可變電阻)的模擬亮度調(diào)節(jié)方法應(yīng)運(yùn)而生。這種方法通過(guò)調(diào)節(jié)電位計(jì)來(lái)改變電路中的電壓，進(jìn)而控制LED的驅(qū)動(dòng)電流。這種設(shè)計(jì)不僅簡(jiǎn)單，而且成本效益高，適用于小型電池供電的設(shè)備。

實(shí)例解析：電位計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬亮度調(diào)節(jié)

以下是一個(gè)基于電位計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬亮度調(diào)節(jié)的實(shí)例，展示了如何通過(guò)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)高效的LED亮度控制。

電路設(shè)計(jì)

該電路采用一個(gè)電壓調(diào)節(jié)、同步、降壓轉(zhuǎn)換器(如TPS62150)，能夠從一個(gè)高達(dá)17V的電源提供高達(dá)1A的輸出電流。轉(zhuǎn)換器通過(guò)反饋(FB)引腳控制檢測(cè)電阻R2上的電壓，進(jìn)而調(diào)節(jié)LED的電流。FB電壓由一個(gè)精確的內(nèi)部參考電壓(通常為0.8V)和一個(gè)SS/TR(慢啟動(dòng)與追蹤)外部輸入引腳共同控制。

當(dāng)SS/TR引腳電壓低于1.25V時(shí)，F(xiàn)B引腳電壓會(huì)以0.64倍率跟蹤SS/TR引腳電壓，即VFB = 0.64 * VSS/TR。通過(guò)控制FB電壓，即R2上的電壓，IC能夠調(diào)整LED的驅(qū)動(dòng)電流。SS/TR引腳具有一個(gè)嵌入式電流源(通常為2.5μA)，用于為電容器充電，并形成平順、線性的SS/TR引腳電壓上升。

亮度調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)

在該設(shè)計(jì)中，一個(gè)電位計(jì)被放置在SS/TR引腳上，用于調(diào)節(jié)該引腳的電壓，進(jìn)而控制LED的亮度。電位計(jì)將SS/TR引腳的電壓保持在250mV(電位計(jì)=100kΩ)和0V(電位計(jì)=0Ω)之間。由于FB引腳電壓與SS/TR引腳電壓線性相關(guān)，因此電位計(jì)能夠提供線性的模擬亮度調(diào)節(jié)。

當(dāng)R2電阻為0.15Ω時(shí)，LED電流的變化范圍為1.07A至0A。由于FB引腳電壓相對(duì)較低，這種設(shè)計(jì)具有很高的效率，因?yàn)榈碗妷航档土藱z測(cè)電阻R2的功耗。此外，TPS62150在輕載電流條件下使用節(jié)能模式，以保持較高的效率。

優(yōu)點(diǎn)與不足

這種使用電位計(jì)實(shí)現(xiàn)模擬亮度調(diào)節(jié)的方法具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括高效、低成本和簡(jiǎn)單易用。然而，也存在一些不足，如SS/TR引腳和FB引腳電壓之間的補(bǔ)償問(wèn)題。當(dāng)SS/TR引腳被拉低至0V時(shí)，LED中仍會(huì)有50mA的電流流過(guò)，導(dǎo)致LED無(wú)法完全關(guān)閉。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以增加一個(gè)帶有上拉電阻器的接地開(kāi)關(guān)，連接到EN(激活)引腳。

實(shí)際應(yīng)用與拓展

該模擬亮度調(diào)節(jié)方法廣泛應(yīng)用于便攜式設(shè)備中，如手電筒、背光照明和屏幕顯示等。對(duì)于手電筒等應(yīng)用，用戶更關(guān)心電池使用時(shí)間而非最強(qiáng)光線照明，因此模擬亮度調(diào)節(jié)能夠提供更長(zhǎng)的電池壽命。同時(shí)，由于該方法成本低廉、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，非常適合在小型電池供電設(shè)備中廣泛應(yīng)用。