如何優(yōu)化LED色彩穩(wěn)定度

本文探討提供發(fā)光二極體(LED)調(diào)光的方法，分析LED調(diào)光對其長期性能及所發(fā)射出光的色彩穩(wěn)定性之影響，并特別探討如何結(jié)合使用線性恒流穩(wěn)流器(CCR)及數(shù)位電晶體來提供脈沖寬度調(diào)變(PWM)調(diào)光。

　　PWM為改變LED光輸出首要方法

　　光要多少才足夠?要求的發(fā)光量通常由所處環(huán)境與用途決定。就會議室而言，一般圓桌會議時的照明可能非常亮;但若使用投影系統(tǒng)來觀看會議材料，會議室的光就可能會調(diào)暗很多;起居室的照明通常會被調(diào)節(jié)從而營造恰當(dāng)?shù)姆諊?而汽車儀表板的背光則通常根據(jù)日間或夜間駕駛來自動調(diào)節(jié)。

　　光源已從非常易于調(diào)節(jié)的白熾燈轉(zhuǎn)向要求以特殊電路提供不同光等級的螢光燈。LED是業(yè)界出現(xiàn)的最新一代光源，要求采用新的電子電路來改變光等級。改變LED光輸出的方法有兩種，第一種是減小流經(jīng)LED的電流，而LED發(fā)射的光量與流經(jīng)LED的電流成正比;第二種方法是為LED提供脈波電流，LED發(fā)射出的光與工作周期(Duty Cycle)成正比。

　　使用減小電流的方法進行LED調(diào)光類似于大多數(shù)白熾燈泡使用的調(diào)光方法。這種減小電流的方法在為數(shù)不多的應(yīng)用中可以接受，但隨著光等級降低，LED發(fā)出的光色彩也根據(jù)電流而變化。電流較小時，色度(Chromaticity)朝向黃色變化。圖1顯示不同電流時的典型色度變化。

　　圖1 LED不同正向電流時的典型色度變化

　　白熾燈泡的亮度能夠藉減小電流的方法來調(diào)光至低于完整亮度的1%，因為白熾燈是藉由電流流過燈絲，使燈絲發(fā)熱進而發(fā)光。但使用減小電流的方法，極難將LED亮度調(diào)至低于完整亮度的5%，因為所需的電壓勢會導(dǎo)致矽結(jié)點破裂并開始導(dǎo)電。LED是二極體，隨著結(jié)點破裂，它就像是電子雪崩，電阻急速下降。要提供足夠電壓，使LED以極低電流導(dǎo)電非常困難。圖2顯示LED在不同正向電壓(V)條件下的典型正向電流的曲線。

LED在不同正向電壓條件下的典型正向電流#e#圖2 LED在不同正向電壓條件下的典型正向電流

　　為LED提供脈波電流的方法也稱作PWM，這種方法已經(jīng)成為改變光等級的首選方法。LED本身是矽元件，對應(yīng)流經(jīng)它們的電流導(dǎo)通及關(guān)閉而快速地導(dǎo)通和關(guān)閉。開關(guān)時間在100奈秒(ns)等級，相當(dāng)于最大頻率10MHz。應(yīng)用通常以100Hz～100kHz的頻率工作。頻率低于100Hz時，人眼會觀察到LED光閃爍。頻率在500Hz～20kHz之間時，電路可能產(chǎn)生能聽到的雜訊。調(diào)光是通過在單個開關(guān)周期的某部分時間內(nèi)將LED導(dǎo)通;而在此開關(guān)周期的其余部分時間內(nèi)，將LED關(guān)閉來實現(xiàn)。這種導(dǎo)通關(guān)閉周期稱作工作周期(D)，其表達方式為LED導(dǎo)通時間(TON)除以整個開關(guān)/導(dǎo)通周期時間(TS)(圖3)。