模拟/PWM调光搭配得宜 LED照明色彩更缤纷
类比式led调光设计简单且成本低，但不适合需要稳定色温的应用；数位式pwm调光色温控制较佳，但须搭配mcu，增加系统成本。设计人员应考量应用需求，选择最适合的调光方案，方能达到理想的led照明色彩及亮度。
在建筑、区域与崁灯等照明应用中，色彩准确度非常重要，而发光二极体（led）很适合提供准确色彩。led颜色可随着混合红、蓝、绿、黄、白等各色而异；当多种色彩混合时，亮度必须调整。本文针对多种led混色的调光技巧进行介绍。
准确频道亮度调控 led实现丰富色彩
每颗led晶体只能发出单色光，若希望创造其他色彩，可运用红、绿、蓝三原色的led灯混合，只要切换红、绿、蓝led频道，即可产生七种基本色彩（红、绿、蓝、黄、紫、浅绿、白）。
如果需要更丰富的色彩，只须控制三原色的led灯光亮度，就能产生众多色彩，包括调整各led频道的亮度，并控制通过各led串的电流调控明暗。改变led白光灯的色温时，通常调整红色与白色的led串即可。
调整led明暗共有两种基本方式：类比（analog）与脉冲宽度调变（pwm）。两者都是藉由安装开关模式或线性led驱动器，控制通过led串的平均电流，以改变led的亮度。
图1为双串led驱动器，其中包括一个降压切换器与一个线性稳压器。两个led串均可选择类比或pwm，两者各有优缺点，多数应用是依据混色表现需求选择调整方式。
图1 双串可调光led驱动器，包含一个降压转换器与一个线性稳压器。
类比调光须掌握电流变化幅度
led类比调光是藉由控制通过led串的恒电流，达到调整明暗效果，可控制晶片内的led电流参考电压，或是控制晶片外的led电流感测电压。
大多数的led驱动器，其内部包括切换稳压器与线性稳压器，其中的led电流高低由公式1决定：
.。。。。。公式1
vref为晶片内led电流参考电压，rsns为电压感测电阻。
藉着改变vref可调整led电流。有些led驱动器晶片并不允许使用者改变led电流参考电压，而在允许改变led电流参考的晶片里，通常有两种改变方式：一是在晶片提供的参考电压调整接脚上加入类比电压；二为透过i2c等数位通讯介面调整参考电压，以图1为例，可藉由i2c的指令调整led电流参考电压。
另一种类比调光方式为改变led电流感测电压。多数应用的电流感测电阻低于1欧姆（ohm），也因此，没有必要使用电位计来改变电流感测电阻，藉由在晶片的电流感测接脚上，再加入外部直流电压即可达成效果。图2所呈现的是改变电流感测电压，其典型类比调光线路，cs接脚的电压则可参考下列公式2：
图2 类比调光线路范例
。。。。。。公式2
在稳定的状态下，cs接脚电压会与参考电压相等。透过调整外部的直流电压，或是调整可变电阻r2值，即可以改变led电流。
在混色应用中使用类比调光将会发现一项缺点，此即由于led色温会随电流变化，如果类比调光电流改变较大，led亮度与颜色可能也会生变，导致无法产生理想色彩。
pwm调光色温控制精准
pwm调光是以固定循环周期，以及频率开关led来决定，其调光的led电流计算可参考下列公式3：
.。。。。。公式3
idim为调光后的led电流，d为pwm调光讯号的周期循环，iled则为无调光的led电流。
led pwm调光频率通常高于200hz，肉眼无法察觉。许多led驱动器晶片均具备pwm调光输入接脚，可接收微控制器（mcu）产生的pwm调光输入讯号。通常只有pwm调光讯号变弱时，驱动器晶片才会关闭金属氧化物半导体场效电晶体（mosfet）驱动器；等到讯号转强，mosfet驱动器又会开启；此外，内部线路在pwm调光循环关闭时仍继续运作，避免晶片必须重新启动，造成pwm调光上升缘延迟。
在开关模式led驱动器中，电容通常会放在led串之中，过滤高频率切换杂讯，亦可减缓pwm调光led电流的升降缘。因此，高频率低循环pwm调光应用必须移除电容。图3呈现led降压稳压器无输出电容的pwm调光波形。
图3 pwm调光led电流波形
类比至pwm调光具过热保护功能
有些led驱动器晶片具备「类比至pwm调光」功能，晶片调光接脚接收类比讯号后，转换为pwm调光讯号。pwm调光频率固定，且循环周期与输入类比讯号级成比例。
照明应用里若无mcu，则类比至pwm调光方案助益极大。类比至pwm调光设计可发挥过热保护功能，如果led板地温度超过设定值，pwm调光便可以降低led电流。
分流fet pwm调光适用于高频率
分流fet pwm调光通常用于极高频率的led pwm调光。图4呈现以降压稳压器为基础的分流fet pwm调光线路，外部分流fet摆放位置与led串平行，以迅速绕过转换器输出电流；当分流fet开启时，led串关闭，反之亦然。所以，led串透过分流fet达到有效的pwm调光。有些led驱动器晶片提供mosfet驱动器，做为分流fet pwm调光之用，故不需外部mosfet驱动器。
图4 分流fet pwm调光范例
在分流fet pwm调光过程中，切换稳压器的电感电流维持不变，电感电流升降不会造成延迟。若具备功能强大的mosfet驱动器，分流fet能以极高速开关，故pwm调光的led电流升降缘相当尖锐。分流fet pwm调光很适合高频率pwm调光应用。
理想led照明有赖多方考量
在led混色应用中，调光对达成理想色彩及亮度相当重要。led调光方式众多，主要有类比调光与pwm调光两种。类比调光使用的线路较简单，成本较低，也适合无mcu的系统，但并不适合需要稳定色温的应用；另一方面，pwm调光能减少led电流变化造成的色差，故可达到相当精准的色温，但pwm调光一般需要微处理器产生输入数位讯号，因此提高系统成本。
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如果需要更丰富的色彩，只须控制三原色的led灯光亮度，就能产生众多色彩，包括调整各led频道的亮度，并控制通过各led串的电流调控明暗。改变led白光灯的色温时，通常调整红色与白色的led串即可。
调整led明暗共有两种基本方式：类比（analog）与脉冲宽度调变（pwm）。两者都是藉由安装开关模式或线性led驱动器，控制通过led串的平均电流，以改变led的亮度。
图1为双串led驱动器，其中包括一个降压切换器与一个线性稳压器。两个led串均可选择类比或pwm，两者各有优缺点，多数应用是依据混色表现需求选择调整方式。
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.。。。。。公式1
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另一种类比调光方式为改变led电流感测电压。多数应用的电流感测电阻低于1欧姆（ohm），也因此，没有必要使用电位计来改变电流感测电阻，藉由在晶片的电流感测接脚上，再加入外部直流电压即可达成效果。图2所呈现的是改变电流感测电压，其典型类比调光线路，cs接脚的电压则可参考下列公式2：
图2 类比调光线路范例
。。。。。。公式2
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