1.前言
發光二極管 （LED） 驅動器設計的關鍵問題之一是調光性能。大多數設計人員使用以下兩種方法之一：模擬調光或數字脈寬調制 （PWM） 調光。有兩種方法可以實現數字 PWM 調光：啟用開/關方法或并聯場效應晶體管 （FET） 方法。在這兩種實現方式中，LED 將根據數字 PWM 信號的占空比打開或關閉；然而，LED 驅動器的響應是不同的。在這篇文章中，我將回顧每種調光方法的實施和優勢。
2.調光方案
模擬調光使用成比例的輸入電壓對 LED 輸出電流水平進行線性調整。許多設備，如 TI 的 TPS92515 或 LM3409 LED 驅動器，都有一個專用的模擬調光引腳，用于調整內部檢測電壓。或者，對于帶有微控制器 （MCU） 的應用，TPS92518 使用串行外設接口 （SPI） 通信接口對兩個內部寄存器進行數字編程，以模擬對兩個獨立 LED 通道進行調光。
模擬調光的缺點是當所需的輸出電流變小時，由于內部運算放大器的失調電壓，電流輸出與輸入電壓不是線性相關的。例如，如果LED驅動器的內部運算放大器偏移電壓為±5mV，則當感測電壓為200mV時，調節電流的誤差將為5mV/200mV = ±2.5%。當檢測電壓為 20mV 時，調節電流的誤差為 5mV/20mV = 25%。
盡管可以在線性范圍之外使用模擬調光，但考慮到線性關系的簡單性，一些設計人員更愿意保持在線性范圍內。圖 1 顯示了模擬調光線性度的示例。
圖 1：模擬調光控制示例（來自 LM3409 數據表）
數字 PWM 調光方法通常可以實現比模擬調光更寬的線性調光范圍，這有利于低亮度調光。在數字 PWM 調光啟用開/關方法中，LED 驅動器根據來自 MCU 或其他外部源的輸入 PWM 信號的占空比打開或關閉。PWM 調光的主要延遲來自于打開和關閉輸出驅動，以及隨后的電感電流斜坡上升和下降。如果 LED 驅動器的閉環帶寬較低，則對 PWM 信號的響應本質上很慢，并且不容易實現低亮度。
假設 LED 驅動器以 1MHz 開關頻率運行，其帶寬已調整，以便輸出電流在五個周期內穩定下來。在這種情況下，5?s 將是 LED 驅動器提供穩定光輸出的最短開啟時間。如果輸入 PWM 調光信號為 200Hz，則周期為 5ms。為了保持最少 5?s 的開啟時間，調光比將為 5ms 至 5?s，或 1,000 比 1。換句話說，在 1MHz 開關頻率下運行的 200Hz PWM 調光頻率下，最小 PWM 調光占空比將為 0.1%。圖 2 顯示了典型啟用開/關方法 PWM 調光方案中 LED 電流的延遲。
圖 2：啟用開/關方法的數字 PWM 調光
為了進一步提高調光性能，我們可以優化環路帶寬以縮短建立時間，或者將 LED 驅動器設置為以更高的開關頻率運行。TPS92518 有兩個獨立的 PWM 輸入引腳來控制兩個 LED 通道的亮度。
分流 FET PWM 調光是一種讓 LED 驅動器開啟的替代方法。數字 PWM 信號控制并聯連接到 LED 負載的分流 FET，以根據 PWM 信號的占空比的倒數重新引導從 LED 流出的輸出電流通過并進入分流 FET。最好不要將這種方法用于需要巨大輸出電容器的 LED 驅動器，因為輸出電容器存儲的能量可能會引入高電流過沖，從而損壞分流 FET 或 LED 負載。
這使得具有滯后控制架構的 LED 驅動器（例如 TPS92518）非常適合并聯 FET 調光。遲滯型 LED 驅動器是開環的，因此沒有閉環開關型 LED 驅動器的環路帶寬限制。分流 FET 調光的好處是，電感器電流帶控制良好，LED 開啟或關閉時間極快（在納秒內），從而通過低占空比 PWM 信號實現低亮度。圖 3 顯示了在并聯 FET PWM 調光情況下 LED 電流的延遲非常小。
圖 3：分流 FET PWM 調光
越來越多的應用需要 MCU 與 LED 驅動器進行通信以控制亮度。TPS92518 具有 SPI 控制接口，可通過 8 位數字字節設置 LED 電流電平，使我們能夠即時調整 LED 電流。SPI 控制接口以數字方式設置標稱運行關斷時間，而不是在關斷時間控制引腳上使用電阻電容電路。TPS92518 具有另一個通過 SPI 編程的寄存器，用于設置最大關斷時間，以在分流 FET PWM 調光期間實現良好控制的電感器電流帶。
TPS92518 具有一個內部 ADC，可將兩個通道的輸出電壓和估計的芯片溫度轉換為數字代碼。該信息存儲在 TPS92518 的寄存器中，可通過 SPI 接口回讀。TPS92518 的架構允許啟用開/關 PWM 調光或分流 FET PWM 調光。
我們必須在模擬調光和 PWM 調光之間進行選擇，以根據我們的設計要求控制 LED 亮度。模擬調光方式不需要數字信號輸入；但是，這種方法不容易實現深度調光。PWM 調光方法的兩種實現方式都可以實現更高的調光比，但需要付出更多努力才能正確設計。
