Автоматическое изменение яркости свечения светодиодов

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.