在现代便携式设备中，LED(发光二极管)作为一种高效、长寿命的固态照明(SSL)技术，广泛应用于各种背光照明、手电筒及屏幕显示等场合。然而，为了满足不同光照环境的需求，如何有效调节LED的亮度成为了一个关键问题。本文将深入探讨模拟技术如何简化便携式应用中的LED亮度调节，并通过实例解析其高效性和成本优势。
引言
随着科技的发展，便携式设备如智能手机、平板电脑、GPS导航系统及手电筒等，已成为人们日常生活中不可或缺的一部分。这些设备普遍采用LED作为照明和显示元件，不仅因为LED具有高能效、长寿命和低发热等优点，还因为其亮度易于调节，能够适应各种光照环境。然而，为了延长电池寿命和提供更好的用户体验，如何在保持高效能的同时实现灵活的亮度调节，成为了一个亟待解决的问题。
模拟亮度调节技术概述
LED的亮度调节主要有两种方法：模拟调光和数字调光(也称PWM调光)。模拟调光通过改变LED回路中的电流大小来调节亮度，而数字调光则通过PWM波开启和关闭LED来改变正向电流的导通时间，从而实现亮度调节。相较于数字调光，模拟调光在效率、简单性和成本方面具有显著优势。
模拟调光技术的核心在于控制LED的驱动电流，因为LED的光输出与其驱动电流成正比。在低驱动电流条件下，LED的正向电压较低，这使得模拟调光在效率上优于PWM调光。此外，模拟调光结构相对简单，控制功耗低，适合在小型电池供电的设备中使用。
模拟亮度调节的实现方式
在便携式应用中，模拟亮度调节的实现通常依赖于一种创新的方法来建立参考电压，进而控制LED的驱动电流。传统的模拟调光方法可能需要使用RC滤波器对输入信号进行处理，或者依赖价格较高的数模转换器(DAC)来生成模拟电压。然而，这些方法不仅增加了电路的复杂性，还提高了成本。
为了简化这一过程，一种基于电位计(可变电阻)的模拟亮度调节方法应运而生。这种方法通过调节电位计来改变电路中的电压，进而控制LED的驱动电流。这种设计不仅简单，而且成本效益高，适用于小型电池供电的设备。
实例解析：电位计实现模拟亮度调节
以下是一个基于电位计实现模拟亮度调节的实例，展示了如何通过简单的设计实现高效的LED亮度控制。
电路设计
该电路采用一个电压调节、同步、降压转换器(如TPS62150)，能够从一个高达17V的电源提供高达1A的输出电流。转换器通过反馈(FB)引脚控制检测电阻R2上的电压，进而调节LED的电流。FB电压由一个精确的内部参考电压(通常为0.8V)和一个SS/TR(慢启动与追踪)外部输入引脚共同控制。
当SS/TR引脚电压低于1.25V时，FB引脚电压会以0.64倍率跟踪SS/TR引脚电压，即VFB = 0.64 *
VSS/TR。通过控制FB电压，即R2上的电压，IC能够调整LED的驱动电流。SS/TR引脚具有一个嵌入式电流源(通常为2.5μA)，用于为电容器充电，并形成平顺、线性的SS/TR引脚电压上升。
亮度调节实现
在该设计中，一个电位计被放置在SS/TR引脚上，用于调节该引脚的电压，进而控制LED的亮度。电位计将SS/TR引脚的电压保持在250mV(电位计=100kΩ)和0V(电位计=0Ω)之间。由于FB引脚电压与SS/TR引脚电压线性相关，因此电位计能够提供线性的模拟亮度调节。
当R2电阻为0.15Ω时，LED电流的变化范围为1.07A至0A。由于FB引脚电压相对较低，这种设计具有很高的效率，因为低电压降低了检测电阻R2的功耗。此外，TPS62150在轻载电流条件下使用节能模式，以保持较高的效率。
优点与不足
这种使用电位计实现模拟亮度调节的方法具有许多优点，包括高效、低成本和简单易用。然而，也存在一些不足，如SS/TR引脚和FB引脚电压之间的补偿问题。当SS/TR引脚被拉低至0V时，LED中仍会有50mA的电流流过，导致LED无法完全关闭。为了解决这个问题，可以增加一个带有上拉电阻器的接地开关，连接到EN(激活)引脚。
实际应用与拓展
该模拟亮度调节方法广泛应用于便携式设备中，如手电筒、背光照明和屏幕显示等。对于手电筒等应用，用户更关心电池使用时间而非最强光线照明，因此模拟亮度调节能够提供更长的电池寿命。同时，由于该方法成本低廉、结构简单，非常适合在小型电池供电设备中广泛应用。
