白熱ランプやその他の旧式の電球は、電気エネルギーを使用してフィラメントまたはガスを加熱し、熱くなって発光します。発光ダイオード (LED) は特殊な半導体材料で作られており、内部を通過する電気エネルギーをエレクトロルミネッセンスによって光に直接変換します。
各 LED 材料は、特定の電圧と電流を受けると、狭い波長範囲内で光を放射します。これらの値を調整することで、LED の発光を停止したり、明るさを変更したりできます。
設計者は通常、定電流低減 (CCR) またはパルス幅変調 (PWM) を利用して LED の輝度を制御します。どちらの方法も光出力を調整するために使用されますが、その動作原理は完全に異なります。各メソッドの設計におけるトレードオフは次のとおりです。
CCR、アナログ調光と呼ばれることが多く、その動作原理は、LEDに流れる電流を減らすことによって調光を実現することです。これはシンプルで直感的で低ノイズの方法であり、ちらつきが発生しないため、基本的なアプリケーション シナリオに適しています。ただし、電流を減らすと、特に非常に暗い照明条件では LED の色がわずかに変化し、調光範囲が制限される可能性があります。
PWM は、各パルス期間中に一定の電流を維持しながら LED を素早くスイッチングすることで調光を実現します。この技術は色の一貫性を維持し、通常は 1% 未満に調整できる広い調光範囲を実現します。したがって、調光可能な照明やディスプレイ画面に非常に適しています。その代償として、スイッチング周波数が十分に高くないと、PWM が電磁干渉 (EMI) や目に見えるちらつきを引き起こす可能性があります。設計者はこれらの要素を慎重に検討する必要があります。
PWM はより複雑なドライバと EMI フィルタリングへの特別な注意を必要とする場合がありますが、CCR は色の精度や超低調光が必要なアプリケーションではうまく機能しない可能性があります。場合によっては、CCR と PWM を組み合わせたハイブリッド アプローチにより、両方の利点のバランスを取ることができます。
設計上の考慮事項
設計者は、インテリジェントな設計を選択することで、CCR または PWM 調光の制限を克服できます。 CCR の場合、設計者は、広い電流範囲にわたって安定した色性能を持つ LED を選択し、ガンマ補正または対数調光曲線を適用して、人間の輝度変化の認識に合わせて調光応答を調整できます。これにより、移行がよりスムーズかつ自然になります。ドライバーを慎重に選択し、熱管理を最適化すると、回路を追加することなく色の安定性を維持し、調光性能を拡張することができます。
PWM 調光の主な課題には、フリッカー、EMI、設計の複雑さが含まれます。これらの問題は、通常 20 kHz ～ 25 kHz の高い PWM 周波数を使用することで克服でき、目に見えるちらつきを回避し、オーディオまたはカメラ システムへの干渉を最小限に抑えることができます。 EMI は、回路基板を慎重に設計し、フィルタを使用し、調整可能な信号レートやその他の機能を備えた LED ドライバを選択することによって効果的に制御できます。 PWM機能を内蔵したドライバは、内部で信号を生成することでプロセスを簡素化し、ドライバの外部での正確なタイミング管理の必要性を排除します。
CCR は、医療環境、研究室、敏感な電子機器を含む場所など、最小限の EMI を必要とするアプリケーション シナリオにより適している可能性があります。このオプションは、限られた範囲内で信頼性の高い滑らかでちらつきのない調光効果を提供でき、比較的シンプルな構造により、住宅、レストラン、大規模な会場などの一般的な照明、特にシンプルさと費用対効果が重視される状況に適しています。
PWM 調光技術は、その優れた色の一貫性と広い調光範囲により、舞台照明や非常に細かい光制御が必要な状況でよく使用されます。統合された信号ソースを備えた PWM ドライバは、内部処理タイミング機能を通じて設計プロセスをさらに簡素化し、設計の複雑さを軽減します。
PWM方式を選択する場合
PWM 調光方式は、マルチチャンネル制御、色の一貫性、自動車グレードの信頼性を必要とするアプリケーションに適しています。
たとえば、Dior Inc. の AL5887Q 高度な 36 チャンネル車載グレード LED ドライバーには、デュアルモード機能があります。定電流のデューティ サイクルを調整することにより (100% ～ 3%)、深い PWM 調光を実現できます。ただし、3%未満に達すると、アナログ調光モードに切り替わり、従来のアナログCCR専用回路を使用する代わりに、プログラマブルデジタル制御を通じてCCRと同じ調光機能を実現します。
AL5887Q には 16 MHz 発振器が内蔵されているため、外部クロックが不要になり、回路基板の設計とレイアウトが簡素化され、プリント基板の設置面積が削減され、部品表 (BOM) コストが削減されます。 12 ビット PWM アドレス指定可能レジスタと 30 kHz 内部 PWM ジェネレータを使用して、色の混合を改善し、ノイズを低減します。
設計者は、この機能を次のアプリケーションに使用できます。
自動車の内外装照明
情報エンターテインメント表示画面
ステータスインジケータライト
タッチスクリーンとLCDディスプレイのバックライト
これらのアプリケーションでは、LED の色と強度を制御する必要があります。これは、AL5887Q ドライバ (図 1) が実現できる重要な機能です。