LED亮度控制實作

作者 : John Dunn

當電流通過時,LED會發光,但我想你們早就知道這些了,對吧?但是要如何準確控制你所設計的LED產品的亮度,就是另一門學問了…本文將透過比較、測試兩顆LED,進一步觀察,導出亮度與LED工作週期的關係…

當電流通過時,發光二極體(LED)會發光,但我想你們早就知道這些了,對吧?

如果用英呎-朗伯(foot lamberts,fL)作為衡量LED光輸出的亮度單位,則個別設備的電流所測出的毫安培(Milliamperes,mA)值與fL值將差異很大。以我之前測過的兩顆LED來說,當時採用的是型號1980A光度計,精確地說,我們使用的設備序號是C1066。

請注意,以下三個圖表採用相同資料來源,皆來自這兩個LED,唯一的分別是它們只做Y軸刻度壓縮,使其易於觀察寬動態範圍內的差異。

不過如果我們標準化(normalize)這兩個LED的曲線,在此情況下將亮度較高的LED標準化成調光器的亮度,將會發現這兩條曲線在fL和mA的座標軸中呈現密合狀態。

實際上編號3的LED亮度比編號2高上許多,如果我們將曲線標準化,我們會得到圖1。

[20170315TA01P1]

圖1 將三顆LED量測曲線標準化結果。


現在這方法應該被注意到,也應該永遠記在心裡。雖然這個做法很吸引人,甚至也許能作為可變亮度設計時的一個特定方法,例如運用在嵌入多顆LED的顯示器(multiple-LED display),然而事實上卻毫無用處。

我們需要再仔細地看一下最後的說明部分。

雖然各個LED的操作曲線不同,如圖1所示,它們可以匹配套件(matched sets)的形式購買,從而消除上述差異。如遵循此原則,將可在特定的電流峰值與fL輸出值設定好的情況下,透過脈衝寬度(pulse width)調變操作電流,妥善地控制LED視亮度(apparent brightness),如此將能非常精確地控制顯著的fL輸出與電流脈衝寬度。

透過用於二極管毫安培的特定但恆定的峰值調變其電流脈衝寬度,便可以說明以fL表示的LED光輸出與佔空比(duty cycle)成線性比例關係。要做到這一點,光輸出需經過視覺檢測,並運用光度計進行客觀地檢驗。

對LED施加脈衝電流,設置結構如圖2所示。可發現LED明顯的亮度隨驅動波形佔空比函數而改變。

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圖2 對LED施加脈衝電流。


脈衝電流和直流電流(DC)應用到被匹配的LED中做對照比較,當光輸出相同時,直流電流與平均脈衝電流經過相互比較,其值永遠相同。

一度視角的型號1980A光度計可用於測量以fL為度量單位的LED光輸出,對應以毫安培為度量單位的直流電流配置結構,如圖3所示。然後,可以配置一個脈衝產生器(pulse generator),提供許多峰值毫安培電流,產生如同圖3直流電所產生的電流量。

[20170315TA01P3]

圖3 型號 1980A光度計可用於測量以 fL為度量單位的 LED光輸出,對應以毫安培為度量單位的直流電流配置結構。


透過fL為度量單位的測量法或是脈衝寬度的方法,不論是肉眼觀察或是利用光度計測量,皆能發現fL值與脈衝工作週期成直接的線性比例關係。

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