新的驱动架构如何优化LED性能并减少能源消耗

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我们可以看到,越来越多的照明设备已经开始使用LED,LED技术的发展大家也是有目共睹,但却很少有人关注LED驱动技术的发展。事实上,实施LED控制的技术在过去几年的发展中经历了巨大的变化。导致这些变化的主要原因是先进的混合信号半导体制造工艺的发展,这些先进工艺促进了智能LED驱动器的生产,这些驱动器能将数字控制功能与模拟电源电路整合在一个低成本的单芯片中。
 
这篇文章主要分析介绍如何使用新一代智能LED驱动器减少系统能源消耗并提高低功率LED的性能表现。
 
传统的LED驱动技术
LED被广泛使用于一系列终端产品中,主要用于指示灯或者改善用户界面。举个简单的例子,一般的手机会使用LED指示灯告诉用户手机中有未读取的短信、未接电话或者其他提醒信息。同样的,USB调制解调器会使用LED显示数据连接情况、电源接通情况或待机状态。所有这些我们所能看到的指示功能都是通过颜色、亮度变化及开关控制来实现的。
 
图1是一个常规的拓扑结构,它展示了上述功能在指示灯中是如何实现的:微控制器中的GPIO引脚可用于控制外部晶体管T1的启用或关闭。流经LED1的电流受R1电阻器的限制。如果LED需要较小的驱动电流,微控制器甚至可以在不使用外部晶体管的情况下为LED提供电源。
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图1: LED驱动控制——传统方法
 
该拓扑结构若要进行优化,可以用场效晶体管(FET)取代现有的晶体管,电源直接取代现有的电阻器。但是原理还是一样的:微控制器或基带处理器(智能手机中)将承担控制LED以及实现不同光线亮度模式的重担。
 
常规方法有何不足之处?
当该控制方法用于便携应用中时,其不足之处就变得显而易见了。控制LED的状态对便携式设备的中央处理器(CPU)来说太过大材小用。而体积庞大且耗电量较高的处理器必须不断地从休眠模式中启动用以驱动LED进行闪烁或发出特定的光效果。从系统层面来说,中央处理器会消耗大量的电能。
 
如果光效要求很高或使用不同LED且光效时间次数较多,将耗费更多电量。特别是复杂的光效需要更复杂的处理过程,而这会促使系统消耗更多的电量。
 
此外,通过中央处理器或微控制器设计一个可改善用户界面的指示灯是件非常困难的事情,因为这些设备的应用开发工具并没有对优质光效的实施进行优化。
 
设计师也经常会遇到硬件限制问题:大多数中央处理器(CPU)只支持线性脉冲宽度调制(PWM)。但是,由于人眼根据灯光强