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LED调光方案简介

引言 

LED照明较其他照明产品具有绿色、节能、环保、长寿命等优点,随着整体成本降低,LED照明开始广泛使用在商业、家庭等领域。而智能型LED照明独有的特点适用于不同的应用场合和需求,如远程控制、定时开关、调光、调 色等。调光又有多种的方法,而原理又各有不同,下面我们以XL3001为例,对常见的调光方式讨论其优缺点以及注意事项。以下测试条件无特殊说明,均以VIN=12V,输出接2串2并1W白光LED,输出电流最大值设置为618mA。

PWM调光 

二极管方式 

使用1N4148二极管调光原理图见图1。当PWM DIMMING处给高电平,CS引脚电压高于正常工作的基准值,XL3001被关断;当PWM DIMMING处给低电平,由于1N4148的隔离,CS引脚不受影响,芯片正常工作。

优点:外围器件简单,3.3V与5V的PWM信号调光效果一样。

缺点:不支持高频调光,线性度较差,调光时通过手机或相机可看到频闪(通常人眼不可见)。

注意事项:调光频率不要超过500Hz,大占空比(小输出电流)部分可适当屏蔽。

图1.png

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图 1.二极管方式调光原理图及实测结果 

RC 滤波方式 

RC滤波方式调光原理图见图2。PWM信号经RC滤波为直流信号后,叠加到CS引脚,实现调光功能。调光的电流可以用下式表示:

理论上输出电流计算公式:

LED调光方案图公式1.png

简化后的输出电流近似值计算公式:

image图2.pngimage

图2.RC滤波方式调光及实测结果(测试值与理论值基本重合) 

其中VCS为基准电压, XL3001的VCS为0.21V, VPWM为PWM信号的高电平电压,5V或3.3V居多,DUTY为PWM信号的占空比,如果计算出的值为负,则表示LED已经关断。

优点:支持高频调光,无频闪,小占空比(大输出电流)时电流一致性较好;

缺点:输出电流调至较小时,由于芯片基准电压与电阻的偏差问题,导致一致性略差;

注意事项:

1.PWM信号幅值为5V与3.3V时R2阻值不同(使用3.3VPWM 信号时,R2可选12K)

2.多路同时输出时,会出现小电流时亮度会不一致(人眼可见)、多路LED关机时的关机电压不同等问题,建议调光亮度控制在15%至100%范围内。

电位器调光 

非线性方案 

非线性的电位器原理图见图3。通过调整电位器的电阻值来改变叠加到GS引脚的电压,从而实现调光功能。输出电流可表示为:

image

其中VCS为XL3001的基准电压,XL3001的VCS为0.21V。

优点:电路简单。

缺点:最大电流无法达到VCS/RCS;由于非线性的问题,在调节电位器时,在电阻较小时,即使电阻变化很小,输出电流出会有较大的变化,而在电阻较大时,即使电阻变化很大,输出电流的变化也很小。

注意事项:尽量避免使用过大的电位器,否则上述的缺点会更加凸显。

图3.png

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图3.电位器(非线性)调光方案及实测结果 

线性方案 

线性的电位器原理图见图4。输出电流可表示为:

理论上输出电流计算公式:

 

image

简化后的输出电流近似值计算公式:

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其中VCS为XL3001的基准电压,XL3001的VCS为0.21V。2.5V为TL431的输出电压,RX为电位器抽头对GND的电阻值。

优点:输出电流随电位器的值线性变化,电位器阻值几乎可以任意选定(推荐50-500K以内)。

缺点:外围电路复杂,需要考虑运放、TL431的工作电压、电流。

注意事项:

1.TL431的输出电压建议设置为2.5V,可以确保系统在通电、断电过程中不会出现闪烁;

2.输出接1串LED时(输出电压 3.3V 左右),TL431的供电电阻R5不要超过3K,否则在上电或断电过程中,有可能出现闪烁的现象,同时输入电压较高时,需要考虑R5电阻的损耗。

图4.png

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图 4.电位器(线性)调光方案及实测结果 

电压调光 

电压调光原理图见图5。VA点加一定的电压,该电压通过电阻R1分压后叠加到CS引脚,进而实现调光功能。

理论上输出电流计算公式:

 

LED调光方案图公式6.png

简化后的输出电流近似值计算公式:

LED调光方案图公式7.png

其中VCS为XL3001的基准电压,VA为外加的调光电压。

优点:输出电流ILED随VA电压线性变化,电路简单。

缺点:输出电流调至较小时,由于芯片基准电压与电阻的偏差问题,导致一致性略差。

注意事项:多路同时输出时,会出现小电流时亮度会不一致(人眼可见)、多路LED关机时的关机电压不同等问题,建议调光亮度控制在15%至100%范围内。

图 5.电压调光方案及实测结果 (测试值与理论值重合) 


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