Автоматическое изменение яркости свечения светодиодов

05.11.2012

Для комплексных решений подсветки в портативных системах применяют современные драйверы двух и больше отдельных светодиодов. В зависимости от желания заказчика специализированная функция систематического изменения яркости светодиодов может как увеличивать, так и работать в сторону уменьшения, она является довольно простым способом реализации разных последовательностей подсветки. В статье показаны режимы работы драйвера NCP5623 производства компании ON Semiconductor в процессе постепенного изменения яркости светодиодов, на примере обычной схемы включения.

Суть аналогового управления

Как правило, драйвер светодиодов подает постоянный ток смещения, для того чтобы привести светодиод в рабочее состояние. Для портативных систем источником питания является аккумуляторы с выходным напряжением в вилке от 2,8 вольт до 4,2 вольт (стандартный литиево-ионный аккумулятор). Из-за того что прямое напряжение современного не очень мощного светодиода изменяется от 2,8 вольт до 3,5 вольт, которое зависит от температуры помещения и тока смещения, программу необходимо разработать так, чтобы изменение состояния светодиода в процессе работы происходило правильно. Назначением интегральной портативной схемы драйвера, а также первичного блока — является оценка длины шага перемены напряжения в системе изменения тока.

Ключевым моментом предоставляется возможность динамической и независимой регулировки яркости любого светодиода в многоцветных системах. В принципе возможно применение цепи усиления, с использованием коммутаторов, которые подключенные между всеми светодиодами, чтобы ими управлять, последовательное подключение не предпочтительное, а вот параллельное подключение довольно простое в реализации.

Чтобы получить низкое напряжение с низкими электромагнитными помехами, как генератор подкачки заряда, идеально подходит DC/DC-преобразователь. При этом совместная работа в мультирежимах (от1Х до 2X) повышает коэффициент полезного действия, и максимально экономит энергию при использовании в составе портативных устройств.

Не только выбор DC/DC-преобразователя, но и равенство тока для всех светодиодов, которые находятся в одном контуре, очень важны. В случае применения RGB-схемы нельзя использовать разный ток смещения между светодиодами, от этого зависит качество цветопередачи и видео, и фотоизображений. Применив набор высокоточных токовых зеркал эту проблему можно решить.

Рис. 1

Точное и стабильное прямое смещения светодиода достигается путем подачи опорного тока с помощью внешнего резистора, который подключен к источнику опорного напряжения bandgap-типа (1,2 вольт). От транзистора Q2, который соединен с операционным усилителем U2, постоянное выходное напряжение поступает на контакт Vref. Внешний резистор, находящийся между контактом Vref и заземлением, используется для прохождения постоянного тока транзисторов Q1 и Q2. Набором транзисторов Q3, Q4 Q5, Q6 и Q7, осуществляют отражение и усиление этого тока, при этом каждый из них соединен с переключателями с S1 по S5, а транзистор Q8 их суммирует. И уже, наконец, транзистор Q9 осуществляет копирование опорного тока в LED1светодиод.

Такая схема применяется для каждого светодиода, компоновку при этом необходимо внимательно проанализировать, чтобы оптимизировать соответствие между всеми участвующими светодиодами.

Как результат, пиковый ток каждого из светодиодов одинаковый, и для независимого управления яркостью всех светодиодов необходимы дополнительные электронные схемы. Этот механизм работы получается применив независимую широтно-импульсную модуляцию для каждого конкретного светодиода: переключателями S6,S7,S8, которыми управляют цифровые сигналы PWM1…PWM3, происходит поочередное включение и выключение соответствующих токовых зеркал, чем и управляется яркость соответствующего светодиода. Плюсом данной схемы является не меняющийся пиковый ток светодиода, который гарантирует сохранение цветопередачи во время процесса управления яркостью. В этой схеме рабочим режимом светодиода является не меняющийся опорный цвет, который назначается стандартной картой цветов.

Для обеспечения 100% независимого управления светодиодом, как вариант, можно применить более сложную схему, с возможностью применения цифрового программирования пикового тока ШИМ и светодиодаI-LED,что дает возможность достичь практически безграничного диапазона цветов и яркости, так как пиковый токI-LEDсветодиода будет изменятся в зависимости от того, какая величина показателя цветовой карты.

Цифровое управление

Для предварительной установки величины токаI-LEDи глубины широтно-импульсной модуляция используется стандартный порт I2C, с применением программного обеспечения для программирования функций контроллера. Для наглядности того, как постепенно изменяется яркость, возьмем контроллер NCP5623.

Посылая схеме соответствующий код, который указывается в спецификации микросхемы NCP5623, устанавливаем пиковое значение тока ILED, которое необходимо выставить перед началом процесса ШИМ. Для плавности включение подсветки, требуется программное обеспечение, которое управляет всеми шагами, что используются драйвером, в нашем случае — 31 шаг. Задачу можно выполнить, применив в микроконтроллере простой цикл, но остается вероятность, что сигнал плавного включения при этом будет искажен из-за прерываний высоких приоритетов, связанных с решением целей в реальном масштабе времени.

Использование преимущества встроенной последовательности, примененной в NCP5623, является более эффективным решением, позволяющим не обращаться к микроконтроллеру, который работает в реальном масштабе времени. Плавное увеличение или уменьшение яркости можно запустить при использовании простейшей программы, в использовании которой высокоприоритетные прерывания не играют никакой роли.

Следует установить значения двух регистров

Величину и направление постепенное изменение яркости:

— DWNWRD = %110x xxxx → последние биты [B5:B0] содержат минимальную величину тока ILED;

— UPWARD = %101x xxxx → последние биты [B4:B0] содержат максимальную величину тока ILED;

Условия для запуска и последовательности:

GRAD = %111x xxxx → последние биты [B5:B0] содержат длительность выполнения шага.

Ток ILED будет постепенно повышаться от 0,0 до 5,5 миллиампер, общая длительность последовательности равняется [B5:B0] содержимому битов регистра GRAD, умноженному на количество шагов, определенных содержимым регистра UPWARD.

Пример:

T=GRAD[B5:B0]*UPWARD[B5:B0] T=64*26=1664 мс
Ток ILED будет повышаться в соответствии с квазиэкспоненциальной характеристикой, достаточной для компенсации чувствительности человеческого глаза.

Противоположное направление изменения яркости можно реализовать, использовав соответствующие коды первых3-х бит регистра данных, все последующие действия выполняются аналогично.

Встроенные регистры позволяют реализовать динамическое управление постепенными изменениями яркости для передачи различных визуальных эффектов. Например, повторить последовательность, сотворенную цифровой модуляцией периода уменьшения и увеличения яркости; задать пилообразную характеристику, комбинируя постепенное изменение яркости с резкими изменениями направлениями кривой в обратную сторону.

Ну и, наконец, довольно непростая последовательность подсветки выполняется сочетанием постепенного изменения яркости, при помощи встроенной ШИМ с изменением пикового тока ILED, и применив контакт IREF. Такие эффекты можно получить, используя минимальное количество пассивных компонентов около главного контроллера.

Похожие статьи

Синие светодиоды. Что хорошего?

Синие светодиоды. Что хорошего?

25.09.2012
Ни для кого уже не открытие, что голубой видимый спектр заставляет реагировать нашу активность. Поэтому наш организм и соответственно реагирует на него – хочется активно трудиться. При этом перестает вырабатываться...
Прямоугольные светодиоды

Прямоугольные светодиоды

20.09.2012
Мы очень быстро привыкаем к красивым и полезным вещам, которым не нужно долгое время, чтобы стать для нас обыденными. Создание маленького полупроводникового прибора (LED) дало нам сегодня всевозможные информационные табло,...
Светодиоды не помогут сэкономить

Светодиоды не помогут сэкономить

16.09.2012
Джефф Цао, работающий в Национальной лаборатории Сандии, что находится в США, недавно написал статью, где сделал заявление о том, что после того, как повсеместно будут внедрены СИДы, мы не будем...
«Пираньи» в ряду светодиодов

«Пираньи» в ряду светодиодов

14.09.2012
Светодиоды «Пиранья» (Superflux или High flux) относятся к сверхярким, благодаря тому, что обеспечивают высокий световой поток. Имеют они, как правило, прямоугольную форму с 4 пинами. Делятся они на несколько типов:...
Оригинальные светодиоды овальной формы

Оригинальные светодиоды овальной формы

13.09.2012
В 80-х годах прошлого столетия широкую популярность получили светоизлучающие диоды. По началу они использовались только для индикации. Но их замечательные характеристики не могли оставаться долго в тени. Поэтому люди сразу...