模拟技术简化便携式应用中的LED亮度调节

使用LED型固态照明（SSL）的便携式设备要求使用高效驱动电路来延长电池使用时间，同时还要求使用一些亮度调节方法来对光线输出进行调节，以适应周围的照明环境。在诸如智能手机或者便携式GPS导航系统背光照明等应用中，必须使用LED亮度调节，目的是让用户在强太阳光和夜晚弱光条件下都能看清楚屏幕。使用手电筒时，用户认为较长的电池使用时间更加重要，而非提供最强的光线照明。我们可以在这些应用中使用模拟亮度调节或者脉宽调制（PWM）亮度调节方法。模拟设计通过使用一种创新方法来建立起一个参考电压，从而获得比PWM型设计更高的效率。
 
模拟和PWM亮度调节方法都对LED驱动电流进行控制，而该电流同光线输出成正比关系。模拟亮度调节结构简单，控制功耗最低，并且一般比PWM亮度调节方法要高效，原因是低驱动电流时LED正向电压更低。
 
但是，模拟亮度调节要求通过一个单独的电压基准生成模拟电压（可能会对某个方波输入信号使用RC滤波器输出，或者使用一个昂贵的数模转换器（DAC））。图1所示电路通过修改一个电位计，没有了这些方法的复杂性，从而实现了一种简单、高成本效益的模拟亮度调节方法。这种整体解决方案，是一种高效、低成本、低组件数目的LED驱动器，适用于单个高电流LED，例如：欧司朗的金龙（Golden Dragon）等，可用于一些小型电池供电型设备。
 
电路运行情况
 
图1 电位计R1实现的模拟亮度调节LED驱动器
 
电路要求使用一个电压调节、同步、降压转换器，通过一个17V电源提供高达1A的输出电流，例如：TPS62150。图1中，这种降压转换器使用反馈（FB）引脚来控制检测电阻R2的电压，对LED的电流进行调节。FB电压由一个精确内部参考电压（一般为0.8V）和一个SS/TR（慢启动与追踪）外部输入引脚共同控制。
 
SS/TR引脚电压低于1.25V时，FB引脚电压等于SS/TR引脚电压乘以0.64，即VFB = 0.64 * VSS/TR。通过控制FB电压，进而控制R2的电压，IC可改变驱动LED的电流大小。
 
SS/TR引脚有一个嵌入式电流源，其一般为2.5 μA。该电源常用于对电容器充电，并形成平顺、线性的SS/TR引脚电压上升。典型降压转换器中，这会使输出电压线性、受控地上升，同时也减少了输入电源的突入电流。使用这种设计时，一个接地电阻在SS/TR引脚上产生恒定电压。
 
一个电位计放置于SS/TR引脚上，目的是将该引脚的电压保持在250mV（电位计=100 kΩ）和0V（电位计=0Ω）之间。回顾上述方程式，它意味着FB引脚电压范围在160 mV和0V之间。R2为一个0.15Ω电阻器时，LED电流变化范围为1.07A-0A。由于FB引脚电压与SS/TR引脚电压线性相关，因此电位计可提供如图2所示线性模拟亮度调节。

图2 图1所示电路的亮度调节线性情况，其使用一个电位计实现亮度调节。
 
这种电路拥有非常高的效率，因为FB引脚电压的值相对较低。这种低电压可降低检测电阻R2的功耗。另外，TPS62150在轻载电流条件下使用节能模式，以在大多数负载范围保持较高的效率。图3显示了图1所示电路的效率，其使用一个12V输入，并且在开关输出过程中使用TDK的VLF3012ST-2R2电感器。
 
我们可以提高这种电路的效率，但代价是增加电路尺寸。例如，你可以将FSW（开关频率）控制引脚连接输出电压，从而降低工作频率，并且（或者）选择一个低DCR（DC电阻）及（或）拥有更佳AC损耗特性的电感器。尽管实现这两种方法可能需要更多的电路板面积，但却可以达到90%以上的效率。尽管其效率并非最高，但图1所示设计却拥有较小的解决方案尺寸和较好的工作效率。