Лампы накаливания и другие старомодные лампочки используют электрическую энергию для нагрева нити накаливания или газа, в результате чего они нагреваются и излучают свет. Светоизлучающие диоды (СИД) изготовлены из специальных полупроводниковых материалов, которые напрямую преобразуют электрическую энергию, проходящую через их внутреннюю часть, в свет посредством электролюминесценции.
Каждый светодиодный материал излучает свет в узком диапазоне длин волн при воздействии определенных напряжений и токов. Регулируя эти значения, светодиод может перестать излучать свет или изменить его яркость.
Конструкторы обычно полагаются на снижение постоянного тока (CCR) или широтно-импульсную модуляцию (ШИМ) для управления яркостью светодиодов. Оба метода используются для регулирования светоотдачи, но принципы их работы совершенно разные. Ниже приведены компромиссы при разработке каждого метода:
CCR， Часто называемый аналоговым затемнением, его принцип работы заключается в достижении затемнения за счет уменьшения тока, протекающего на светодиод. Это простой, интуитивно понятный и малошумный метод, не вызывающий мерцания, что делает его подходящим для базовых сценариев применения. Однако уменьшение тока может немного изменить цвет светодиода и ограничить диапазон регулировки яркости, особенно в условиях очень слабого освещения.
ШИМ обеспечивает затемнение за счет быстрого переключения светодиода, сохраняя при этом постоянный ток в течение каждого периода импульса. Эта технология позволяет поддерживать постоянство цвета и достигать более широкого диапазона затемнения, обычно регулируемого до менее 1%. Поэтому он очень подходит для регулируемого освещения или экранов. Компромисс заключается в том, что если частота переключения недостаточно высока, ШИМ может вызвать электромагнитные помехи (EMI) и видимое мерцание. Дизайнеры должны тщательно взвесить эти факторы.
ШИМ может потребовать более сложных драйверов и особого внимания к фильтрации электромагнитных помех, в то время как CCR может не работать должным образом в приложениях, требующих точности цветопередачи или сверхнизкого затемнения. В некоторых случаях гибридный подход, сочетающий CCR и PWM, может сбалансировать преимущества обоих.
Рекомендации по проектированию
Проектировщики могут преодолеть ограничения CCR или PWM затемнения, выбрав интеллектуальный дизайн. Для CCR дизайнеры могут выбирать светодиоды со стабильными цветовыми характеристиками в широком диапазоне токов и применять гамма-коррекцию или логарифмические кривые затемнения, чтобы настроить реакцию затемнения в соответствии с восприятием человеком изменений яркости. Это может сделать переход более плавным и естественным. Тщательный выбор драйверов и оптимизация управления температурой также могут помочь сохранить стабильность цвета и повысить эффективность регулирования яркости без необходимости использования дополнительных схем.
При ШИМ-регулировании яркости ключевыми проблемами являются мерцание, электромагнитные помехи и сложность конструкции. Эти проблемы можно решить, используя высокие частоты ШИМ, обычно от 20 до 25 кГц, чтобы избежать видимого мерцания и минимизировать помехи аудиосистемам или камерам. ЭМП можно эффективно контролировать путем тщательного проектирования печатных плат, использования фильтров и выбора светодиодных драйверов с регулируемой скоростью сигнала и другими функциями. Драйвер со встроенной функцией ШИМ упрощает процесс, генерируя сигналы внутри, устраняя необходимость во внешнем точном управлении синхронизацией драйвера.
CCR может быть более подходящим для сценариев применения, требующих минимального уровня электромагнитных помех, например, в медицинских учреждениях, лабораториях или местах, содержащих чувствительные электронные устройства. Этот вариант может обеспечить надежный плавный эффект затемнения без мерцания в ограниченном диапазоне, а его относительно простая структура делает его подходящим для общего освещения в таких сценариях, как дома, рестораны и большие помещения, особенно в ситуациях, когда подчеркиваются простота и экономичность.
Технология регулировки яркости ШИМ часто используется при освещении сцен или в ситуациях, требующих очень точного управления светом, благодаря превосходной согласованности цвета и широкому диапазону регулировки яркости. Драйвер ШИМ со встроенным источником сигнала еще больше упрощает процесс проектирования и снижает сложность проектирования за счет внутренней функции синхронизации обработки.
При выборе схемы ШИМ
Метод регулировки яркости ШИМ подходит для приложений, требующих многоканального управления, постоянства цвета и надежности автомобильного уровня.
Например, усовершенствованный 36-канальный светодиодный драйвер автомобильного класса AL5887Q от Dior Inc. имеет двухрежимную функциональность. Регулируя рабочий цикл постоянного тока (от 100% до 3%), можно добиться глубокого затемнения ШИМ. Однако, когда он достигнет уровня ниже 3%, он перейдет в аналоговый режим регулирования яркости и достигнет той же функции затемнения, что и CCR, посредством программируемого цифрового управления вместо использования традиционных аналоговых специализированных схем CCR.
AL5887Q имеет встроенный генератор с частотой 16 МГц, что устраняет необходимость во внешнем тактовом генераторе, упрощает конструкцию и компоновку печатной платы, уменьшает занимаемую площадь печатной платы и снижает стоимость спецификации (BOM). Он использует 12-битный адресуемый регистр ШИМ и внутренний генератор ШИМ с частотой 30 кГц для достижения лучшего смешивания цветов и снижения шума.
Дизайнеры могут использовать эту функцию для следующих приложений:
Автомобильное внутреннее и наружное освещение
Информационно-развлекательный экран
индикатор состояния
Сенсорный экран и подсветка ЖК-дисплея
Эти приложения требуют управления цветом и интенсивностью светодиода, что является ключевой функцией, которую может обеспечить драйвер AL5887Q (рис. 1).