A Relatively Easy Way to Realize a Programmable LED Driver

實現可編程LED驅動器更簡單的方法

Thomas Brand

ADI公司

為響應新能源法規的要求，LED正越來越多地被用作節能光源。與傳統燈具相比，它們具有決定性優勢：能耗更低，壽命更長，并且有各種顏色可供選擇。例如，借助LED，世界上最大的教堂——羅馬圣彼得大教堂，現在得以呈現于全新燈光下。通過智能控制系統，即使是其重要藏品最小的細節也可以通過預設的照明場景進行一一呈現。這些數字控制系統集成了可編程LED驅動器，因此可按需激活LED。圖1顯示了一個3通道LED驅動器配置的示例。

數模轉換器(DAC)（在本例中為ADI公司的AD5686）的三個輸出電壓中的每一個都控制一個電壓-電流轉換器級，在每一級的負載路徑中放置獨立的LED，用于每個LED通道。所有三個轉換器級均由運算放大器（運放）ADA4500-2并連接一個用來控制LED電流的MOSFET實現。理論上，這個LED電流可以高達幾安培，具體取決于電壓源(VS)和負載電阻，在本電路中為2 Ω。因此，選擇合適的MOSFET非常重要。

DAC輸出電壓的質量很大程度上取決于基準電壓源V_REF。應使用高質量的基準電壓源。ADR4520就是這樣一個例子，如圖1所示。它具有極低的噪聲、超高的長期精度和出色的溫度穩定性。

由于ADA4500-2的內部設計，典型的軌到軌放大器具有一定的非線性和交越失真。它們的輸入級由兩個并聯的差分晶體管組成：PNP級（Q1和Q2）和NPN級（Q3和Q4），如圖2所示。

圖1.用于控制三個獨立LED的LED驅動器的簡化原理圖。

圖2.運算放大器中的軌到軌雙極晶體管輸入級簡化版。

根據所施加的共模電壓，兩組輸入對產生不同的失調電壓和偏置電流。如果共模電壓施加到放大器輸入端，與正或負電源電壓(V_S)相差小于0.7 V，則只會激活兩個輸入級中的一個。那么，僅會出現對應于有效級的誤差（失調電壓和偏置電流）。如果電壓升至0.8 V，則兩個輸入級都將激活。在這種情況下，失調電壓可能突然改變，導致所謂的交越失真和非線性。

相比之下，ADA4500-2具有集成的輸入端電荷泵，無需第二個差分對即可覆蓋軌到軌輸入范圍，從而避免了交越失真。ADA4500-2的其他優勢還包括低失調、低偏置電流和低噪聲分量。

在這類電路中，必須注意負載/電流路徑中由LED連線產生的電感。導線通常為數米長，如果沒有提供正確的補償，可能會導致異常的振蕩。此電路中的補償通過反饋路徑實現，它將由分流電阻測量的電流返回到運算放大器的輸入。應根據產生的電感調整ADA4500-2上現有的電阻和電容電路。

利用圖1所示的電路，能夠更簡易地實現可通過DAC編程以用于精確照明控制應用的多通道LED驅動器。根據特定需求進行適當調整以避免功能異常也是十分重要的。

結論

本文所述的電路顯示了創建可編程LED驅動器更簡單的方法，該驅動器非常適用于需要緊湊、可擴展、易于供電和高線性度電源的精確照明控制應用。不過，尺寸必須適應應用的要求，以避免由于各種存在的電感（例如線路電感和寄生電感）引起的任何故障。

作者簡介

Thomas Brand于2015年10月加入德國慕尼黑的ADI公司，當時他還在攻讀碩士。2016年5月至2017年1月，他參加了ADI公司的現場應用工程師培訓生項目。之后在2017年2月，他開始擔任現場應用工程師職位，主要負責工業大客戶。此外，他還專注于研究工業以太網，并為中歐的相關事務提供支持。

他畢業于德國莫斯巴赫的聯合教育大學電氣工程專業，之后在德國康斯坦茨應用科學大學獲得國際銷售碩士學位。聯系方式：thomas.brand@analog.com。