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深圳pcb抄板优化LED色彩稳定度的原理

[日期:2012-06-27] [来源:http://www.pcbcool.cn/] [作者pcb抄板] [点击:]

    光源已从非常易于调节的白炽灯转向要求以特殊电路提供不同光等级的萤光灯。LED是业界出现的最新一代光源,要求采用新的电子电路来改变光等级。改变LED光输出的方法有两种,第一种是减小流经LED的电流,而LED发射的光量与流经LED的电流成正比;第二种方法是为LED提供脉波电流,LED发射出的光与工作周期(Duty Cycle)成正比。
    使用减小电流的方法进行LED调光类似于大多数白炽灯泡使用的调光方法。这种减小电流的方法在为数不多的应用中可以接受,但随着光等级降低,LED发出的光色彩也根据电流而变化。电流较小时,色度(Chromaticity)朝向黄色变化。1显示不同电流时的典型色度变化。
    1 LED不同正向电流时的典型色度变化
    白炽灯泡的亮度能够藉减小电流的方法来调光至低于完整亮度的1%,因为白炽灯是藉由电流流过灯丝,使灯丝发热进而发光。但使用减小电流的方法,极难将LED亮度调至低于完整亮度的5%,因为所需的电压势会导致矽结点破裂并开始导电。LED是二极体,随着结点破裂,它就像是电子雪崩,电阻急速下降。pcb抄板要提供足够电压,使LED以极低电流导电非常困难。2显示LED在不同正向电压(V)条件下的典型正向电流的曲线。
    2 LED在不同正向电压条件下的典型正向电流
    为LED提供脉波电流的方法也称作PWM,这种方法已经成为改变光等级的首选方法。LED本身是矽元件,对应流经它们的电流导通及关闭而快速地导通和关闭。开关时间在100奈秒(ns)等级,相当于最大频率10MHz。应用通常以100Hz~100kHz的频率工作。频率低于100Hz时,人眼会观察到LED光闪烁。频率在500Hz~20kHz之间时,电路可能产生能听到的杂讯。调光是通过在单个开关周期的某部分时间内将LED导通;而在此开关周期的其余部分时间内,将LED关闭来实现。这种导通关闭周期称作工作周期(D),其表达方式为LED导通时间(TON)除以整个开关/导通周期时间(TS)(3)。
    3 LED的开关周期示意及工作周期计算公式
    LED导通时间与光输出息息相关
    在LED导通期间,流经LED的电流保持恒定,使LED发射的光恒定,且无色度(色彩)变化。亮度与LED导通时间所占的百分比成正比。
    可以在LED的串列使用安森美半导体(On Semiconductor)的双端CCR(如NSI45020AZT1G)及双极结晶体管(BJT)(如MMBT3904LT1G)来配置4所示的简单电路,用于汽车仪表板背光。由两颗4.7kΩ电阻(R1,R2)构成的简单偏置电路置于双极结晶体管的基极。电阻值10Ω、精度1%的电阻(R3)置于双极结晶体管的射极脚,用来感测电流。测量电阻R3两端的电压即可简单地得出对应的电流(200毫伏特=20毫安培),R3仅用于测量电路电流,设计完成后即不需要它。电路的供电电压范围为直流5~20伏特。由微控制器(MCU)提供的5伏特控制电压,通过电阻R1施加在双极结晶体管的基极,并将双极结晶体管导通。CCR会自动地将流经LED的电流维持在20毫安培。
    4 在汽车仪表板背光应用中使用双端CCR及BJT所组成的控制电路
    可以恰当选择R1和R2的电阻值,使其匹配驱动电路。双极结晶体管通常在0.5伏特电压时开始导通。若R1=R2(4中均为4.7kΩ),那么这分压电路就要求大于1伏特的电压来将双极结晶体管导通。若R1=10kΩ且R2=47kΩ,这电路就只需要大于0.6伏特的电压来导通。

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