模擬或數(shù)字驅(qū)動(dòng)器之間的選擇取決于應(yīng)用要求。無(wú)論您選擇哪種路線，您都只是通過(guò)了許多決策點(diǎn)中的第一個(gè)。

不再將其降級(jí)為控制臺(tái)或圣誕裝飾品上的簡(jiǎn)單指示燈，LED正在徹底改變照明行業(yè)。它們的高效率，低實(shí)施成本和長(zhǎng)使用壽命繼續(xù)取代現(xiàn)有的照明技術(shù)。此外，可用于LED開(kāi)發(fā)的芯片和設(shè)計(jì)工具使得在各個(gè)行業(yè)的應(yīng)用中利用這些器件成為可能。

對(duì)這項(xiàng)技術(shù)不熟悉的工程師面臨的挑戰(zhàn)是LED由模擬系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)，可以是相當(dāng)?shù)膹?fù)雜。系統(tǒng)可以基于電流或電壓，并且需要高級(jí)補(bǔ)償以保持負(fù)載，顏色變化和串長(zhǎng)度之間的一致性和效率。更復(fù)雜的設(shè)計(jì)是，來(lái)自不同制造運(yùn)行的LED可能變化很大，需要對(duì)某些應(yīng)用進(jìn)行校準(zhǔn)。

還有許多實(shí)現(xiàn)LED技術(shù)的方法，從用于燈泡更換的非常簡(jiǎn)單的模擬驅(qū)動(dòng)電路到高級(jí)基于數(shù)字MCU的舞臺(tái)或街道照明系統(tǒng)，需要通過(guò)有線或無(wú)線通信鏈路進(jìn)行自適應(yīng)補(bǔ)償和遠(yuǎn)程控制。然而，哪種實(shí)施是最佳的，取決于許多因素。本文將介紹基于LED的設(shè)計(jì)中一些更重要的元素及其對(duì)成本，功效和設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單性的影響。

模擬與數(shù)字

基本LED系統(tǒng)采用交流或直流輸入，并將其轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)闹绷麟妷夯螂娏?，以?qū)動(dòng)LED（參見(jiàn)圖1）。使用純模擬拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的最常見(jiàn)應(yīng)用之一是更換燈泡，其中LED系統(tǒng)需要與其替換的產(chǎn)品一樣簡(jiǎn)單。對(duì)于這樣的應(yīng)用，不需要通信鏈路或內(nèi)部智能等高級(jí)功能，使模擬方法成為理想選擇。

在數(shù)字系統(tǒng)中（見(jiàn)圖2），每個(gè)LED串由MCU使用脈沖寬度調(diào)制驅(qū)動(dòng)（ PWM）。如果MCU可以提供足夠的電力，它可以直接驅(qū)動(dòng)LED。對(duì)于驅(qū)動(dòng)高亮度LED或LED串的系統(tǒng)，PWM驅(qū)動(dòng)MOSFET執(zhí)行實(shí)際功率切換。

圖1：LED系統(tǒng)的模擬實(shí)現(xiàn)。 （來(lái)源：德州儀器。經(jīng)許可使用。）

開(kāi)發(fā)人員可能面臨的一個(gè)問(wèn)題是對(duì)LED技術(shù)缺乏了解。例如，從白熾燈到固態(tài)照明的燈具制造商通常不一定對(duì)電子產(chǎn)品有太多經(jīng)驗(yàn)。努力研究數(shù)字電源轉(zhuǎn)換算法和電源設(shè)計(jì)的前景，特別是沒(méi)有內(nèi)部電源專業(yè)知識(shí)，使得簡(jiǎn)單的模擬方法具有吸引力。

圖2：LED系統(tǒng)的數(shù)字實(shí)現(xiàn)。 （來(lái)源：德州儀器。經(jīng)許可使用。）

模擬系統(tǒng)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠集成更高電壓的元件。例如，與數(shù)字實(shí)現(xiàn)相比，可以減少系統(tǒng)中所需的MOSFET的總數(shù)。使用基于模擬的方法，簡(jiǎn)單的反饋也不那么復(fù)雜。數(shù)字系統(tǒng)需要ADC來(lái)測(cè)量基于軟件的補(bǔ)償算法中使用的電流或電壓。對(duì)于模擬系統(tǒng)，反饋環(huán)路由誤差放大器組成，可調(diào)節(jié)LED上的工作電壓以匹配內(nèi)部電壓基準(zhǔn)。但是，從工程角度來(lái)看，最簡(jiǎn)單的方法往往更加穩(wěn)健，但不是始終對(duì)市場(chǎng)最具吸引力，或最具成本效益。與模擬系統(tǒng)相比，驅(qū)動(dòng)LED的數(shù)字方法提供了更靈活的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。例如，通過(guò)軟件配置的PWM可以可靠地驅(qū)動(dòng)各種電壓和電流。這對(duì)于可能需要支持各種LED類型以滿足每個(gè)客戶的亮度要求的應(yīng)用特別有用。例如，重新配置PWM和補(bǔ)償環(huán)路允許開(kāi)發(fā)人員用700 mA的串替換350 mA的串，而無(wú)需更改基本系統(tǒng)設(shè)計(jì)。如果系統(tǒng)具有通信鏈路并支持遠(yuǎn)程升級(jí)，則可以在已經(jīng)部署在現(xiàn)場(chǎng)的系統(tǒng)中進(jìn)行字符串替換。

采用數(shù)字方法的主要優(yōu)點(diǎn)是MCU可以執(zhí)行的不僅僅是電源管理功能驅(qū)動(dòng)LED。與模擬方法相比，功率因數(shù)校正（PFC），溫度傳感和通信等高級(jí)功能往往更具成本效益，更易于實(shí)施。系統(tǒng)需要的功能越多，數(shù)字方法就越有可能成為最佳選擇。此外，一旦轉(zhuǎn)向MCU，所有其他先進(jìn)的數(shù)字功能都可用，從而可以更好地區(qū)分競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品。

顏色準(zhǔn)確性：某些照明應(yīng)用，如舞臺(tái)照明，需要準(zhǔn)確的混色。請(qǐng)注意，當(dāng)需要保持特定或一致的陰影/強(qiáng)度的能力時(shí)，顏色準(zhǔn)確度也適用于白色LED。固定偏移（例如，來(lái)自不同制造箱的LED可能執(zhí)行不同且需要校準(zhǔn)）和動(dòng)態(tài)變化（例如，隨溫度變化而發(fā)生的色移）需要補(bǔ)償。

顏色混合：一些應(yīng)用需要能夠混合LED以產(chǎn)生不同顏色的色調(diào)，例如用變幻的彩虹顏色洗墻的燈。 LED之間的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)和色彩準(zhǔn)確性可能成為重要因素。

調(diào)光：使用模擬元件很難實(shí)現(xiàn)三端雙向可控硅調(diào)光。相比之下，MCU可以檢測(cè)調(diào)光器的前沿和后沿，從而大大簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

多個(gè)字符串：隨著字符串的長(zhǎng)度和數(shù)量的增加，系統(tǒng)的總體功率需求也會(huì)增加。采用模擬方法，每對(duì)串需要一個(gè)變壓器，以及單獨(dú)的整流器（見(jiàn)圖3）。隨著字符串?dāng)?shù)量的增加，組件數(shù)也會(huì)增加。在某些時(shí)候，由于所需組件數(shù)量較少，轉(zhuǎn)向數(shù)字拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變得更加有利。

傳感器：LED應(yīng)用可能需要感知其環(huán)境有多種原因。例如，測(cè)量LED周圍的溫度可以進(jìn)行高級(jí)色彩校正。運(yùn)動(dòng)傳感器可實(shí)現(xiàn)智能控制。環(huán)境光傳感器允許系統(tǒng)在不需要打開(kāi)時(shí)自動(dòng)關(guān)閉。在每種情況下，MCU都需要監(jiān)控傳感器，處理數(shù)據(jù)并決定如何采取行動(dòng)。

圖3：采用模擬方法，每對(duì)琴弦都需要一個(gè)變壓器，以及單獨(dú)的整流器。 （來(lái)源：德州儀器。經(jīng)許可使用。）

許多系統(tǒng)都需要MCU來(lái)處理系統(tǒng)管理任務(wù)，傳感以及通信接口。要問(wèn)的關(guān)鍵問(wèn)題是MCU是否也能有效地支持驅(qū)動(dòng)器功能。實(shí)現(xiàn)數(shù)字LED控制可以像在同一MCU系列中指定更高性能的設(shè)備一樣簡(jiǎn)單。同樣值得確認(rèn)的是，MCU路線圖的設(shè)備具有足夠的性能，可以在下一代設(shè)計(jì)中引入先進(jìn)的LED功能。但是，如果MCU是一個(gè)僅用于簡(jiǎn)單系統(tǒng)管理的低端設(shè)備，它很可能將不具備驅(qū)動(dòng)LED的實(shí)時(shí)性能。在這種情況下，可能需要完全不同的MCU系列來(lái)處理LED的驅(qū)動(dòng)。為了降低該系統(tǒng)的成本，需要將低端MCU處理的功能遷移到更高性能的MCU，有效地需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行全面的重新設(shè)計(jì)。開(kāi)發(fā)人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)使用基于模擬的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將LED子系統(tǒng)與系統(tǒng)MCU分開(kāi)實(shí)施更具成本效益并且更快地進(jìn)入市場(chǎng)。

效率

模擬LED系統(tǒng)通常經(jīng)過(guò)調(diào)整以提供最佳效果特定負(fù)載下的效率。當(dāng)工程師開(kāi)始使用模擬方法設(shè)計(jì)LED系統(tǒng)時(shí)，他們可以自由選擇負(fù)載。為了獲得最高效率，所選擇的負(fù)載應(yīng)該是系統(tǒng)在大多數(shù)時(shí)間內(nèi)運(yùn)行的負(fù)載。對(duì)于燈光，這通常是最高亮度。這種方法的一個(gè)缺點(diǎn)是當(dāng)光以不同的負(fù)載工作時(shí)，例如當(dāng)光變暗時(shí)，效率也會(huì)降低。另一個(gè)缺點(diǎn)是，如果應(yīng)用需要具有不同數(shù)量的LED的串的配置，則最佳負(fù)載值也會(huì)改變，需要重新設(shè)計(jì)模擬電路。使用數(shù)字方法，可以使用更復(fù)雜的驅(qū)動(dòng)算法來(lái)動(dòng)態(tài)調(diào)整當(dāng)前負(fù)載的驅(qū)動(dòng)功率。這使得系統(tǒng)能夠以最佳方式運(yùn)行 - 不僅在最佳負(fù)載下，而且在整個(gè)工作負(fù)載范圍內(nèi)運(yùn)行。

一些效率技術(shù)可用于通常不具備模擬組件形式的MCU。這種技術(shù)的一個(gè)例子是降壓PFC。出于各種原因，傳統(tǒng)工業(yè)照明應(yīng)用的功率經(jīng)歷了兩階段轉(zhuǎn)換過(guò)程。首先，120 VAC輸入升壓至400 VDC或更高。由于LED串在較低的電壓下工作，例如40 V，因此需要降低電壓。不幸的是，升高和降低電壓會(huì)導(dǎo)致不必要的損耗，從而降低效率。今天的MCU可以通過(guò)降壓PFC技術(shù)來(lái)繞過(guò)這些低效率，降壓PFC技術(shù)將輸入交流電壓直接轉(zhuǎn)換為所需的直流電壓。這不僅消除了DC/DC轉(zhuǎn)換階段，而且效率更高，并且使用更小的電容器功率因數(shù)校正

PFC是越來(lái)越多的應(yīng)用所需的先進(jìn)技術(shù)。功率本質(zhì)上是電阻性的。驅(qū)動(dòng)LED的電路利用諸如電感器和電容器之類的元件來(lái)改變提供給電路的功率分布。實(shí)際上，傳輸線的尺寸必須大于電路中實(shí)際使用的電流。 PFC使LED及其電路看起來(lái)像電阻器，類似于白熾燈在傳輸線上的顯示方式，從而減少了對(duì)傳輸線尺寸的影響。

可用功率是公用事業(yè)公司非常關(guān)注的。例如，如果連接了PFC為1.0的設(shè)備，則可以使用100％的工廠電源。然而，當(dāng)PFC為0.5時(shí)，只有一半的工廠電力可用作可用功率。換句話說(shuō)，如果沒(méi)有在電子設(shè)備中實(shí)施PFC技術(shù)，公用事業(yè)公司將不得不建造更大的工廠以提供足夠的可用功率。

系統(tǒng)是否需要PFC可能是一個(gè)難以回答的問(wèn)題，因?yàn)镻FC不一定帶來(lái)為L(zhǎng)ED設(shè)備用戶帶來(lái)直接好處。這使得很難證明添加PFC的費(fèi)用是合理的。為了幫助采用PFC，許多國(guó)家都在強(qiáng)制要求使用PFC。在美國(guó)，低瓦數(shù)住宅照明沒(méi)有PFC要求。對(duì)于商業(yè)照明，通常需要PFC。

通信

根據(jù)應(yīng)用，開(kāi)發(fā)人員可能會(huì)發(fā)現(xiàn)將通信鏈路集成到基于LED的照明系統(tǒng)中非常有用。鏈路可以是有線或無(wú)線的，并且可以作為系統(tǒng)智能和遠(yuǎn)程控制的基礎(chǔ)。請(qǐng)注意，為了支持通信鏈路，系統(tǒng)將需要MCU來(lái)發(fā)送/接收數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行操作。該MCU也可能用于或不用于驅(qū)動(dòng)LED對(duì)于插入插座的工業(yè)燈或家庭自動(dòng)化照明等設(shè)備，電力線通信（PLC）技術(shù)利用家庭或工廠建筑的現(xiàn)有電力基礎(chǔ)設(shè)施提供了強(qiáng)大的連接。對(duì)于適用于電池耗盡或不支持PLC的便攜式設(shè)備的連接，ZigBee等無(wú)線技術(shù)可以提供成本和功耗有效的實(shí)施方案。如果LED系統(tǒng)是已經(jīng)具有可以利用的網(wǎng)絡(luò)連接的較大系統(tǒng)的一部分，則通信可以接管諸如I2C或SPI的處理器間接口。系統(tǒng)還可以具有USB等手動(dòng)通信鏈路。在這種情況下，系統(tǒng)可以存儲(chǔ)性能數(shù)據(jù)，以供執(zhí)行定期維護(hù)的技術(shù)人員定期手動(dòng)下載。

某些應(yīng)用程序可能還需要支持協(xié)議層。例如，DALI和DMX512使開(kāi)發(fā)人員能夠構(gòu)建與現(xiàn)有控制系統(tǒng)兼容的照明設(shè)備。其他系統(tǒng)可能收集由于各種原因有用的性能統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。例如，系統(tǒng)可以存儲(chǔ)它控制的每個(gè)燈串的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。當(dāng)燈光燒壞時(shí)，系統(tǒng)會(huì)觸發(fā)維護(hù)警報(bào)。更先進(jìn)的系統(tǒng)可以跟蹤每盞燈的工作溫度以及燈的亮度，以預(yù)測(cè)燈何時(shí)發(fā)生故障，從而可以進(jìn)行搶先維護(hù)。

自我監(jiān)控功能對(duì)于廣泛的范圍變得越來(lái)越重要商業(yè)和工業(yè)應(yīng)用。例如，城市支付固定費(fèi)用來(lái)操作路燈，無(wú)論燈實(shí)際消耗多少電量。如果每個(gè)路燈都有自己的儀表，城市可以根據(jù)測(cè)量的使用量進(jìn)行支付，從而節(jié)省大量的運(yùn)營(yíng)成本。隨著時(shí)間的推移，這些節(jié)省將抵消通信鏈路和管理基礎(chǔ)設(shè)施的額外成本。

選擇

無(wú)論您決定使用模擬還是數(shù)字，您都將擁有無(wú)數(shù)的組件選擇。過(guò)去，每個(gè)LED燈串都有自己的控制器。如今，模擬LED驅(qū)動(dòng)器和數(shù)字控制器通過(guò)單個(gè)控制器驅(qū)動(dòng)多個(gè)串，提供了更具成本效益的方法。

各種模擬LED驅(qū)動(dòng)器相當(dāng)廣泛，根據(jù)應(yīng)用提供一系列功能。例如，德州儀器（TI）的TLC5960 LED驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)多達(dá)8個(gè)通道，并使用智能余量電壓控制來(lái)優(yōu)化每個(gè)串的正向電壓，從而使開(kāi)發(fā)人員能夠適應(yīng)由于分檔而產(chǎn)生的LED串之間的細(xì)微差別。 TLC5960還具有輸入，用于測(cè)量每個(gè)串的電流/電壓，并提供反饋以動(dòng)態(tài)調(diào)整DC/DC轉(zhuǎn)換器的輸出，以維持通過(guò)串的恒定電流。

對(duì)于數(shù)字設(shè)計(jì)，TI為高級(jí)LED應(yīng)用提供TMS320F2806x。該MCU是該公司Piccolo系列的一部分，提供集成的浮點(diǎn)處理，以支持PFC和PLC等功能。賽普拉斯半導(dǎo)體通過(guò)其PSoC系列微控制器提供LED設(shè)計(jì)的混合方法。 PSoC架構(gòu)中的可重編程模擬和數(shù)字模塊允許開(kāi)發(fā)人員在硬件中實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)器功能，以最大限度地提高性能和分辨率。

開(kāi)發(fā)人員還可以訪問(wèn)評(píng)估工具包以加速產(chǎn)品設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)套件為L(zhǎng)ED技術(shù)的新工程師提供了快速評(píng)估拓?fù)浜徒M件的方法。例如，TI的Piccolo Multi-DC-DC彩色LED套件向開(kāi)發(fā)人員介紹了使用彩色LED進(jìn)行設(shè)計(jì)（參見(jiàn)圖4）?；蛘?，TI的UCC28810-EVM003驅(qū)動(dòng)多個(gè)LED串，并向開(kāi)發(fā)人員展示如何有效地?cái)U(kuò)展設(shè)計(jì)的磁性。該套件不是具有需要單獨(dú)調(diào)節(jié)以實(shí)現(xiàn)一致照明的多個(gè)DC/DC轉(zhuǎn)換器，而是使用具有次級(jí)繞組的變壓器以減少元件數(shù)量。此外，對(duì)LED設(shè)計(jì)不熟悉的開(kāi)發(fā)人員可以使用TI的controlSUITE等強(qiáng)大的設(shè)計(jì)工具。開(kāi)發(fā)人員可以快速配置多個(gè)LED串，調(diào)整控制環(huán)路頻率，并調(diào)整性能，而無(wú)需編寫單行代碼。

圖4：Piccolo Multi-DC-DC彩色LED套件TI向開(kāi)發(fā)人員介紹了使用彩色LED設(shè)計(jì)。 （來(lái)源：德州儀器。經(jīng)許可使用。）

在做出選擇之前，可能需要花時(shí)間探索幾種可用的選項(xiàng)。例如，Microchip提供了基于不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的各種演示板 - 包括帶有電荷泵，升壓調(diào)節(jié)器，SEPIC穩(wěn)壓器或PWM控制器的驅(qū)動(dòng)LED - 這些都強(qiáng)調(diào)了系統(tǒng)構(gòu)建的一些不同方式（參見(jiàn)圖5） ）。開(kāi)發(fā)人員還可以依賴供應(yīng)商提供的參考設(shè)計(jì)。雖然這些設(shè)計(jì)針對(duì)特定應(yīng)用，但它們可以作為有用的學(xué)習(xí)指南，因?yàn)槊總€(gè)參考設(shè)計(jì)都具有一些優(yōu)化的特性，例如效率或智能控制。

LED技術(shù)的進(jìn)步將繼續(xù)挑戰(zhàn)我們的關(guān)于我們?nèi)绾问褂盟鼈円约霸谑裁磻?yīng)用中使用的先入為主的概念，以及我們?nèi)绾问褂盟鼈冞M(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)采用新的設(shè)計(jì)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，制造商可以利用領(lǐng)先的LED技術(shù)設(shè)計(jì)出更高效，更具成本效益的照明系統(tǒng)。

圖5：Microchip的MCP1630升壓模式LED驅(qū)動(dòng)器演示了如何使用PWM控制器設(shè)計(jì)LED系統(tǒng)。 （來(lái)源：Microchip。經(jīng)許可使用。）