經(jīng)過(guò)十多年的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，LED照明已經(jīng)從一種創(chuàng)新技術(shù)變成成熟技術(shù)進(jìn)入千家萬(wàn)戶。根據(jù)TrendForce集邦咨詢最新報(bào)告顯示，LED照明產(chǎn)品為人們生產(chǎn)生活之必需品，預(yù)估2025年達(dá)到443億美金。照明產(chǎn)品進(jìn)一步向數(shù)字化智能調(diào)光調(diào)控的燈具發(fā)展，相信未來(lái)照明產(chǎn)業(yè)也將更多地關(guān)注產(chǎn)品的智能系統(tǒng)化、人因健康照明以及細(xì)分應(yīng)用市場(chǎng)需求等。傳統(tǒng)的LED照明解決方案技術(shù)日趨成熟，而一些細(xì)分市場(chǎng)由于具有獨(dú)特、更加苛刻的技術(shù)特性要求，依然是電源半導(dǎo)體解決方案提供商性能比拼的關(guān)鍵市場(chǎng)之一。本文就以ADI在機(jī)器視覺(jué)、汽車(chē)車(chē)燈、舞臺(tái)及建筑照明為例分析如何滿足細(xì)分市場(chǎng)LED照明的需求方案。

 

支持機(jī)器視覺(jué)下的LED照明設(shè)計(jì)

 

在協(xié)作機(jī)器人大規(guī)模應(yīng)用之前，現(xiàn)代工業(yè)組裝生產(chǎn)線就已經(jīng)運(yùn)用機(jī)器視覺(jué)來(lái)輔助自動(dòng)化光學(xué)檢查，以確保在組裝線上快速移動(dòng)的部件符合定義的規(guī)范。未通過(guò)光學(xué)檢查的缺陷部件被打上標(biāo)記并自動(dòng)地從組裝線移除，從而確保部件之間的一致性。而在這一類組裝線上作為視覺(jué)傳感使用的高速攝像機(jī)需要一種照相閃光燈系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠始終如一地重現(xiàn)一個(gè)固定導(dǎo)通時(shí)間光脈沖，可變的關(guān)斷時(shí)間由組裝線的速度以及部件的間隔距離來(lái)限定。

快速移動(dòng)的傳送帶通過(guò)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)進(jìn)行快速標(biāo)簽和缺陷檢測(cè)

 

在這一過(guò)程中，紅外和激光LED閃光燈常用于近程和運(yùn)動(dòng)檢測(cè)機(jī)器視覺(jué)。安全系統(tǒng)發(fā)出高速、難以察覺(jué)的LED閃光燈來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，捕獲和存儲(chǔ)安全影像。但是，這些機(jī)器視覺(jué)的相機(jī)閃光燈系統(tǒng)都存在的一個(gè)挑戰(zhàn)，即產(chǎn)生非常高的電流和短時(shí)間（微秒）LED相機(jī)閃光波形，這些波形可能散開(kāi)在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，例如100 ms到1 s以上。

 

然而，產(chǎn)生間隔較長(zhǎng)時(shí)間的短時(shí)LED閃光方波并非易事。當(dāng)LED（或LED串）的驅(qū)動(dòng)電流上升到1 A以上，并且LED開(kāi)啟時(shí)間縮短到幾微秒時(shí)，挑戰(zhàn)難度進(jìn)一步加大。許多具有高速PWM能力的LED驅(qū)動(dòng)器可能無(wú)法有效處理較長(zhǎng)關(guān)斷時(shí)間和短時(shí)間的高電流，而又不降低適當(dāng)處理高速圖像所需的方波質(zhì)量。

 

為了實(shí)現(xiàn)上述功能， ADI的高速LED驅(qū)動(dòng)器LT3932可為高達(dá)2 A的LED串提供機(jī)器視覺(jué)相機(jī)閃光燈，關(guān)斷時(shí)間可以長(zhǎng)達(dá)1秒、1小時(shí)、1天或更長(zhǎng)時(shí)間，從而完美地解決這一問(wèn)題。LT3932的特殊相機(jī)閃光燈功能允許其保持輸出電容和控制環(huán)路充電狀態(tài)，哪怕是在長(zhǎng)關(guān)斷時(shí)間內(nèi)。對(duì)輸出和控制環(huán)路電容的狀態(tài)進(jìn)行采樣后，LT3932繼續(xù)在長(zhǎng)關(guān)斷期間對(duì)這些元件進(jìn)行涓流充電，以補(bǔ)償通常都會(huì)有的漏電流，而這是其他LED驅(qū)動(dòng)器沒(méi)有考慮到的。

 

ADI的LT3932專有閃光技術(shù)支持?jǐn)U展，驅(qū)動(dòng)器可以并聯(lián)以提供更高的LED閃光電流。所需的閃光形狀和完整性保持不變。下圖顯示了并聯(lián)兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器從而支持3 A相機(jī)閃光燈，甚至高達(dá)4 A的設(shè)計(jì)也是可行的。

 

相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)PWM調(diào)光頻率，并聯(lián)LT3932 1．5A LED驅(qū)動(dòng)器

 

產(chǎn)生具有長(zhǎng)關(guān)斷時(shí)間的3A機(jī)器視覺(jué)LED脈沖

 

一顆IC驅(qū)動(dòng)整個(gè)LED車(chē)前燈組

 

在車(chē)輛中，LED主要用于前照燈、日間行車(chē)燈（DRL）、側(cè)面指示燈和環(huán)境照明，其中前照燈組將遠(yuǎn)光燈和近光燈、晝間行駛燈、有時(shí)還包括信號(hào)燈和示寬燈整合為單個(gè)車(chē)前燈組。該燈組的組件會(huì)具有迥然相異的驅(qū)動(dòng)器要求，包括電壓和電流要求、拓?fù)?、功率?jí)別或獨(dú)特的調(diào)光功能。滿足各種要求常常意味著需采用單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器解決方案。使用多個(gè)驅(qū)動(dòng)器不僅使物料清單（BOM）和生產(chǎn)過(guò)程復(fù)雜化，而且還會(huì)導(dǎo)致難以滿足EMI標(biāo)準(zhǔn)。

 

雖然每種汽車(chē)款式和型號(hào)的車(chē)前燈組可以配備富有創(chuàng)造性的各種LED電流和電壓，但是它們通常最高達(dá)到30W總值，因此，這樣的驅(qū)動(dòng)器必須具備以下特質(zhì)：能接受相對(duì)較寬的電池電壓范圍，并采用一種升降壓拓?fù)鋵⑵滢D(zhuǎn)換為各種各樣的燈串電壓；具有小巧和通用的特點(diǎn)，以便容易地安裝到燈組十分受限的空間之中；必須產(chǎn)生極低的EMI，從而盡量地減少研發(fā)工作量并免除增設(shè)昂貴EMI金屬屏蔽外殼；最后但很關(guān)鍵的一點(diǎn)，它還應(yīng)該是高效率的。ADI公司的同步、四開(kāi)關(guān)降壓－升壓型LED控制器LT8391A在滿足所有上述要求方面具有獨(dú)特性，可驅(qū)動(dòng)整個(gè)車(chē)前燈組，而且還是僅采用單個(gè)控制器。

 

采用LT8391A的2MHz演示電路DC2575A以1．5A驅(qū)動(dòng)16VLED

 

LED車(chē)前燈組可以是兼具創(chuàng)新性和藝術(shù)創(chuàng)意的。遠(yuǎn)光燈和近光燈可以與時(shí)髦漂亮和獨(dú)具特色的晝間行駛燈（DRL）“包裹”在一起。因?yàn)闀冮g行駛燈僅在遠(yuǎn)光燈和近光燈關(guān)閉時(shí)才會(huì)需要，故可使用單個(gè)LED驅(qū)動(dòng)器給遠(yuǎn)光和近光LED或晝間行駛燈供電。只有在LED驅(qū)動(dòng)器具有靈活的輸入至輸出比、而且能對(duì)輸入至輸出電壓進(jìn)行升壓和降壓的情況下，這種做法才會(huì)奏效。升降壓型設(shè)計(jì)可滿足該要求。

 

多光束LT8391A升降壓型LED驅(qū)動(dòng)器能夠驅(qū)動(dòng)3V至34V的LED燈串電壓。這使其能驅(qū)動(dòng)一個(gè)近光燈串，并通過(guò)給近光燈串添加LED以創(chuàng)建一個(gè)遠(yuǎn)光燈。這同一個(gè)驅(qū)動(dòng)器在切換之后，可驅(qū)動(dòng)一個(gè)電壓較高、但電流較低的DRL。從僅限近光燈的LED切換至近光／遠(yuǎn)光燈組合式燈串，就不會(huì)在輸出電壓或LED電流上產(chǎn)生尖峰脈沖。LT8391A能夠在升壓、4開(kāi)關(guān)升降壓、和降壓工作區(qū)之間平穩(wěn)地轉(zhuǎn)換。對(duì)于轉(zhuǎn)換器來(lái)說(shuō)，從LED數(shù)量少的燈串變更至LED數(shù)量多的燈串時(shí)不產(chǎn)生LED尖峰脈沖會(huì)是棘手的難題，然而這款多光束LED燈電路則能輕松地做到這一點(diǎn)。

 

用于近光燈、遠(yuǎn)光燈和DRL燈的LT8391A多光束LED車(chē)前燈組解決方案

 

LT8391A LED驅(qū)動(dòng)器專為汽車(chē)前照燈而設(shè)計(jì)，它采用AEC－Q100組件并滿足CISPR25 Class5輻射EMI標(biāo)準(zhǔn)。在上圖的演示電路中，盡管該控制器具有2MHz工作頻率和24W功率，但是這款升降壓型LED驅(qū)動(dòng)器仍然達(dá)到CISPR25Class5輻射和傳導(dǎo)EMI規(guī)格要求。

 

舞臺(tái)和建筑LED照明的色彩控制

 

紅、綠、藍(lán)（RGB） LED可用于建筑和舞臺(tái)照明系統(tǒng)，用以形成明亮的投影色彩——有時(shí)會(huì)在RGB組合中添加白色LED，從色調(diào)、飽和度和亮度方面擴(kuò)展色彩范圍。無(wú)論色彩分量有多少，都必須精確控制每個(gè)色彩分量的亮度，以便對(duì)色彩進(jìn)行預(yù)測(cè)或是補(bǔ)償LED之間的色差。

 

采用大量RGBW LED的照明系統(tǒng)需要大量的驅(qū)動(dòng)器，并且控制信號(hào)要與這些驅(qū)動(dòng)器同步。性能最好的方法是用高性能LED驅(qū)動(dòng)器直接控制每個(gè)LED。在這種方法下，既能控制每個(gè)LED的PWM調(diào)光及直流電流和電壓，還能將紋波降至最低水平，并大幅提高可預(yù)測(cè)能力。使用通過(guò)串行總線控制的雙降壓LED驅(qū)動(dòng)器LT3964，可以輕松實(shí)現(xiàn)這類系統(tǒng)。

 

具有I2C控制和報(bào)告功能的LT3964雙降壓LED驅(qū)動(dòng)器是一款理想的解決方案，可以通過(guò)串行通信技術(shù)驅(qū)動(dòng)具有高電流和高帶寬的多個(gè)LED或LED串。降壓調(diào)節(jié)器具有固有的高帶寬，LT3964在單個(gè)封裝中有集成了兩個(gè)36 V、2 MHz同步和高頻降壓LED驅(qū)動(dòng)器，還集成了2 A開(kāi)關(guān)，可以相對(duì)輕松地驅(qū)動(dòng)多通道大電流LED。

 

ADI圖片

 

I2C串行通信功能簡(jiǎn)化了每個(gè)LT3964支持的兩個(gè)獨(dú)立高電流LED通道的模擬和PWM調(diào)光功能，在單個(gè)I2C總線上有多達(dá)八個(gè)不同的LT3964地址。例如，上圖中的2 MHz雙通道1A降壓LED驅(qū)動(dòng)器示例電路具有高效率和超小尺寸等特點(diǎn)，可將其更改為通過(guò)34 V至36 V輸入為每個(gè)通道提供高達(dá)30 V的LED電源，效率高于90％。

 

兩個(gè)LT3964驅(qū)動(dòng)器足以用1 A（或以上）驅(qū)動(dòng)單個(gè)或一串RGBW LED。雖然RGBW色彩通常以1：256、8位分辨率控制，但LT3964可以為每個(gè)通道提供高達(dá)1：8192、13位的PWM調(diào)光功能以及1：10的模擬調(diào)光功能——全部由I2C控制。

 

Cree XM－L RGBW高功率LED可由兩個(gè)LT3964 LED驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)

 

這種直驅(qū)方法允許分量RGBW LED在亮度和電壓方面存在較大差異——每個(gè)通道完全獨(dú)立。在此示例中，單個(gè)Cree RGBW LED由四個(gè)LT3964通道驅(qū)動(dòng)，每個(gè)通道輸出1A電流。通過(guò)簡(jiǎn)單更改數(shù)字寄存器，亮度和色彩控制可擴(kuò)展至1：8192 PWM調(diào)光，并且1／10模擬調(diào)光可支持每個(gè)紅、綠、藍(lán)、白LED。對(duì)色彩的唯一真正限制是LED本身。實(shí)際上，如果需要，如此強(qiáng)大的混色控制能力允許對(duì)LED進(jìn)行色彩校正。