本文将对用于温馨照明RGB LED驱动与调光及基于MSP430微控制器技术的应用作分析说明。高亮度 LED 在照明应用中的使用越来越广泛。一种新型简单的“气氛照明灯”，其仅使用了少量的组件。所有这三 种 LED 均由使用开关调节器的恒定电流来供电，同时亮度控制由能够产生三种 PWM 信号的 MSP430 微控制器来完成。可以用磨砂玻璃外壳将印刷电路板安装到台灯中，或者也可以和 LED 聚光灯一起使用来进行间接照明。无论其功耗有多大，现在的RGB LED温馨照明的驱动技术通常都使用一个恒定电流源与专用恒流LED负载的反激式电源来驱动；而RGB LED温馨照明的调光技术应用了PWM进行调光和背光照明亮度控制等技术来实现。这是因为以流明 (lm) 为单位的光输出量和电流量成正比例关系。因此，所有的 LED 厂商都规定了诸如光输出（有时称为光学效率）、可视角度和波长等参数，作为正向电流 IF 的函数，而非像人 们所期望的那样作为正向电压 VF 的函数。所以，在电路中使用了可适用于温馨照明的RGB LED恒定电流调节器等驱动与调光技术。值此本文将对用于温馨照明RGB LED驱动与调光及基于MSP430 微控制器技术的应用作分析说明。
1 RGB LED温馨照明的驱动技术
1.1 用于高亮度LED的恒定电流
目前大多数开关调节器都被配置为恒定电压源，而非恒定电流源。将恒定电压调节器转换为恒定电流运行必须要对电路进行 简单、稍微的改动。我们使用了一个压降被调节了的电流感应电阻器，而非通常用于设定输出电压的分压器。图 1 显示了该电路的简化示意图，即一个开关调节器既可以被配置为一个电压源也可被配置为一个电流源。
1.2 专用恒流LED负载的反激式电源
图2所示为使用最新器件LinkSwitch-PH控制器设计的反激式电源架构，它是专用于恒流LED负载的反激式电源。LED驱动用恒流源有助于保证LED在发光的工作时间段光线亮度一致、不闪烁。
图2中LinkSwitch-PH控制器集成了多项专用于驱动LED的新功能。该电路与LED驱动器采用标准反激式拓扑结构不同，它采用了初级侧调整。这样可省去光耦器和次级侧控制电路。变压器上的次级侧绕组（偏置绕组）具有两种功能：通过BP引脚为LinkSwitch-PH供电，通过FB引脚提供电流反馈。这两个次级侧绕组紧密耦合，从而使偏置绕组上的电压与流经LED负载的电流成比例。控制器在FB引脚收到电流反馈后，会调整集成高压功率MOSFET的占空比，以维持电流调整率。该电路可在经整流非平滑的AC市电输入下工作，其控制器随着市电输入在每个半周期内的升降持续调整高压功率MOSFET的占空比，并对每个半周期内的平均电荷造行控制，使其维持输出电流调整率。由此可见由LinkSwitch-PH控制器构建的用于恒流LED负载的反激式电源既可以进行配置，使其提供恒流输出，又能实现可控硅相位角检测和功率（功率因素）的控制。
2 RGB LED温馨照明的调光技术
2.1 LED亮度调节
LED 亮度调节的方法主要有两种。第一种也是最为简单的一种方法便是利用模拟控制直接控制流经 LED 的电流：通过降低流经 LED 的电流带来降低其亮度。但这种方法存在两个严重的缺点。首先，LED 的亮度并非严格地和电流成正比例关系，其次，当电流的变化超过 LED 额定值时发光的波长（以及由此带来的颜色变化）可能会随着电流变化而发生变化。这两种现象通常是人们不希望看到的。稍微复杂一点的控制方法是使用能够提供 LED 额定工作电流的恒定电流源。这样，附加电路就可以利用给定脉冲间隔比快速地将 LED 开启和关闭，从而平均发出更少的光，感觉就像是光的强度降低了。通过脉冲间隔比，可以较轻松地对 LED 的感知亮度进行调节。这种方法被称为脉宽调制(PWM)。
2.2 利用PWM进行调光
在此使用 TPS62260 实施 PWM 控制方法（见图3所示）。TPS62260 是一款同步降压转换器，其具有集成的开关元件旳开关调节器电路，典型的时钟频率为 2.25MHz。在图3 的电路中，我们以黑色显示了将 PWM 信号直接连接至 EN引脚的可能性。
关于实施PWM调光方法的解析。整个开关调节器电路和 PWM 信号一起开启和关闭。实践表明，在这种配置中，我们可以使用一个高达 100Hz 的 PWM 频 率。这种排列的优点是其简易性，不需要额外的组件。它还是最为高效能的实施方法，因为该开关调节器在关闭时仅产生非常少的静态电流。其缺点是LED 对使能引脚上高电平的反应被延迟。这是因为开关调节器具有一种“软启动”功能，当器件被开启时，输出电流逐渐上升，直到其达到额定的 LED 电流。在应用中，这种上升斜坡可能会存在一些问题，因为 LED 发光的波长随电流从其最小值到正常工作电平的逐渐增强而变化。例如，在一个 DLP 投影仪或 LCD 电视面板的 LED 背光灯中，这种变化可能是人们难以接受的。但是，就应用而言，肉眼无法看到这种影响。
从图 3 中红色所示部分看出，其PWM 信号通过一个小信号二极管被耦合至 TPS62260 的误差放大器输入端。在本电路中，一个施加于控制输入端的超过 600mV 的正电压会使误差放大器输入驱动过度，并由此关闭 LED。由于这个电路没有使用势能输入，因此它不具有与调节器软启动功能相关的启动延迟，而且LED 被极为快速地开启和关闭。因此，上述电流斜坡所带来的输出波长变化在本结构中小到可以被忽略不计。另外，其PWM 频率可以上升到 5kHz。
而图 3 中蓝色部分显示了第三种可能性。这里的 PWM 信号被用于控制线连至 LED 的 MOSFET。MOSFET 使 LED 短路，并允许其被更加快速地开启和关闭。该调节器运行在恒定电流模式中，而且电流将会流经 LED 或者 MOSFET。这种方法的一些缺点包括 MOSFET 带来的额外成本以及低效能，在 2Ω 电流感应电阻器中会有高达180mW 的功率被不断耗散掉。其优点是较高的开关频率。从实践得知 TPS62260 可以成功运行在 50kHz PWM 频率的状态下。[page]
2.3 RGB LED背光照明亮度控制
背光照明LED的亮度控制可经由脉冲宽度调变(PWM)或恒流控制来实现。PWM亮度控制需动用一个恒流驱动器来驱动LED，但需要调节开／关时间才能达到所需的光度。因此PWM比直接的恒流控制更加复杂。于是又呈显新的解决方案。为此以RGB LED背光照明为例作说明。 图4为RGB LED背光照明亮度控制基本架构示意图。
LCD显示屏中的图素会划分为三个主色区格：红、绿和蓝。图素色彩是由这三种主色混合来定义。
使用RGB背光时，当LED温度改变时，驱动器必须更正红、绿和蓝三个主色间的亮度平衡，以防出现白点位移。此外，驱动器还需保证在任何操作温度下维持光的正确强度，而在补偿方面，可以用闭环或开环形式。使用闭环补偿的话，那便需采用感光器来测量白点和其强度。相反地，如使用开环补偿，那温度便需事先量度出来，并通过预先定义好的补偿曲线来调节亮度的平衡。以如LP5520是RGB背光照明驱动器的一个例子，它是一个开环补偿式LED驱动器。图4也表示出开环颜色补偿的原理。
其中温度补偿曲线是用现实应用中的RGB LED来量度，这些曲线被编程在芯片内部的EEPROM存储器中。该芯片被集成到LCD显示模块上，而模块的制造商会在生产时为补偿曲线编程。此外，RGB LED背光亦可用作优化颜色过滤器。
2.4 新的调光技术-PWM调制技术的应用
由于LED发出的光的波长与器件内被驱动的正向电流关系密切。为了防止色调变化，须精心选择调光方法。以往最常用的调光方法是改变器件上的正向电流或电压。不幸的是电流或电压的变化都会改变光的波长，这种效应与波长成正比，较长的波长经受的色调对电流的变化最强。在很多应用中，这种结果是不能接受的，如果采用PWM调制技术，就可以给LED正确调光，不会引起波长变化。LED的通断操作是通过改变占空比实现的，这时正向电流(1F)是恒定电流。
采用低频高频调光
低频调光是由于LED具备稳定的瞬时驱动电流，因此适合采用低频凋光。LED的色温在所有亮度下保持不变。低频调光的另一个优点是可将亮度降至1％。因此调光范围为100：1。而频率选择是为避免可见闪烁，脉宽调制(PWM)信号必须大于100Hz。如果所选的频率过高。内置低通滤波器将开始合并PWM信号，并产生非线性反应。同时调节针的软启动功能将导致PWM信号的上升或下降发生延迟。这将使LED电流具备非线性特性，在频率增加时影响更为显著。
常见的低频和高频信号进行脉宽调变(PWM)示意见图5所示。该图2是以ZETEX的ZXLD1350 驱动器为例的脉宽调变(PWM)示意图。
建议上限为lkHz。电感器可能的听得见的噪音的影响也需要加以考虑。某些线圈松动的电感器可能出现此类情况，PWM频率为lkHz时将比100Hz更加明显。
高频调光采用
如果系统要求低辐射放射和输入／输出谐波，则适合采用高频调光。但调光范围将降至5：l。ZXLDl350具备整合高频脉宽调变(PWM)信号的内置低通滤波器，可进行直流调光控制。如果PWM频率高于10kHz左右，且占空比大于指定的最小值，装置将保持活动状态，输出也将持续不变。
输入缓冲晶体管
进行PWM调光时，输入双极晶体管Q宜使用集电极开路输出（见图5所示）。以确保达到200mV的输入关闭阈值。不使用缓冲晶体管也可直接进行PWM，但必须格外谨慎。该操作将使内置的1.25V电压基准负荷过多。如果100％PWM（直流）使用2.5V输入电压，进入LED的输出电流将达到正常电流的2倍，并可能损坏ZXLDl350。使用5V逻辑信号进行过驱动将极有可能在超出调节针额定电压时损坏装置。
4 基于MSP430微控制器的温馨照明控制电路(见图6所示)
温馨照明控制电路从图6中可知由 JTAG 连接 (JP1)、eZ430 连接器 (JP2) 、旋转编码器 (R1) 和MSP430 微控制器等构成。温馨照明控制电路的核心为一个 MSP430F2131 微控制器。其运行控制为：应对它进行编程，以使其起到一个三重 PWM 生成器的作用，并从旋转编码器 (R1) 读取数值。编码器值用于对一个包含所有红色、绿色和蓝色 LED 脉冲间隔比值的查寻表编索引。然后，相应的 PWM 信号就会出现在接近 122Hz 频率时的输出引脚 TA0、TA1 和 TA2 上。该信号的强度足以确保 LED 不会出现闪烁，因为眼睛将单个光脉冲平滑成了一个平均可感知强度值。
就实际运行而言，可选择图3中红色部分所示的 PWM 控制方法，其在电路复杂性和性能之间给出了一个较好的平衡值。每一个 LED红色、绿色和蓝色均由一个来自单个 TPS62260 DC/DC 转换器的恒定电流供电。2Ω 电阻器将流经 LED 的额定电流设定在 300mA。使用 TPS62290 可以获得更强的电流（高达 1A），其采用相同的方式进行 封装。使用小信号二极管耦合 PWM 信号。当 PWM 信号较高时，其会超过相应开关调节器的正常误差信号输入，其 具有一个 600mV 的极限电压电平。这就是说，PWM 信号的高电平会迫使 LED 熄灭。当 PWM 信号最终降低时，该调节器再次启动 ，同时 LED 亮起。整个电路均由一个经过调节的5V 1A DC 电源适配器供电。使用一个电阻和一个齐纳二极管构建的简单稳压器将5V电平降低至3.3V，以用于 MSP430 微控制器。
