Controllare la luminosità nelle applicazioni portatili

ILLUMINAZIONE –

Una soluzione integrata per la variazione graduale della luminosità offre un modo semplice di generare gli effetti di illuminazione particolari che sono richiesti dai produttori di apparecchiature portatili per differenziare la propria offerta.

In generale, i circuiti di pilotaggio per Led generano una corrente costante per polarizzare il Led nella condizioni appropriate. In un tipico sistema portatile, la sorgente di energia è una batteria con una tensione di uscita che va da 2,8 V a 4,2 V (supponendo di utilizzare una normale batteria a ioni di litio). Poiché la tensione diretta dei Led a bassa potenza attualmente sul mercato varia tra 2,8 V e 3,5 V in funzione della corrente di polarizzazione e della temperatura ambiente, è necessario utilizzare un'interfaccia per garantire la corretta polarizzazione del Led durante il funzionamento normale. Questo è il compito dei circuiti integrati dedicati al pilotaggio del Led, e il primo aspetto da considerare è l'escursione di tensione del sistema di controllo della corrente. La seconda decisione che il progettista deve prendere riguarda la topologia di collegamento dei Led: in serie o in parallelo. Entrambe le soluzioni hanno i loro vantaggi e svantaggi.

Il controllo dinamico della luminosità
Nella applicazioni a colori, la capacità di controllare indipendentemente e dinamicamente la luminosità di ciascun Led è altamente desiderabile. Sebbene sia possibile utilizzare un convertitore con struttura boost, con commutatori che controllano ciascun Led, lo schema serie non è la soluzione preferita, in quanto lo schema parallelo è ben più semplice da realizzare. Quello a pompa di carica è il tipo di convertitore Dc/Dc più adatto per generare basse tensioni minimizzando le problematiche di interferenza elettromagnetica. Comunque, utilizzando un circuito multimodo (1X, 1.,X, 2X) è possibile migliorare l'efficienza della rete, risparmiare energia e allungare la durata della batteria. Il successivo parametro chiave da considerare è quello dell'adattamento di corrente tra gli emettitori del Led. Una struttura Rgb non tollera differenze tra le varie correnti di polarizzazione dei Led; in quanto ogni differenza si tradurrebbe in una resa dei colori non corretta. Il problema viene risolto utilizzando un insieme di accurati specchi di corrente.

Una modulazione Pwm indipendente
Per ottenere condizioni stabili e precise della polarizzazione diretta dei Led, viene generata una corrente di riferimento tramite un resistore esterno e una sorgente di tensione costante costituita da un riferimento di tipo band gap. Il transistor Q2, associato all'amplificatore operazionale U2, genera una tensione costante sul piedino Vref. Il resistore esterno, collegato tra il piedino Vref e la massa, crea un fusso di corrente costante tra i transistor Q1 e Q2. Tale corrente viene specchiata e amplificata dall'insieme di transistor Q3-Q7, collegati attraverso i commutatori S1-S5 e sommata dal transistor Q8. Infine, il transistor Q9 copia la corrente di riferimento verso il Led1. Una struttura del genere è duplicata per ogni Led e la disposizione del chip è tale da ottimizzare l'accoppiamento tra i vari Led. Di conseguenza, ogni emettitore del Led condivide la stessa corrente di picco ILed e per controllare indipendentemente la luminosità di ciascun Led servono altri circuiti elettronici. Ciò si ottiene usando una modulazione Pwm indipendente per ciascun emettitore. I commutatori S6-S8, controllati dai segnali digitali Pwm1-Pwm3, spengono e accendono gli specchi di corrente associati, ottenendo quindi il controllo di luminosità per ciascun Led. Una corrente di picco costante viene mantenuta nei Led, garantendo quindi che la resa dei colori non venga influenzata dal controllo di luminosità. Il punto di lavoro di ciascun Led rimane nel colore di riferimento definito dalla mappa di colori standard.

Una tipica applicazione
Le forme d'onda, ricavate da una tipica applicazione, illustrano il comportamento dei tre Pwm. I Led vengono controllati da un clock comune a bassa frequenza con un duty cycle impostato per quell'applicazione specifica. È possibile diminuire o aumentare indipendentemente il fattore di modulazione di ciascun Pwm, variando il duty cycle da 0% a 100% e mantenendo costante la corrente di picco ILed.  Per il controllo digitale, la corrente ILed viene preimpostata tramite la porta I²C e il Pwm. Per meglio illustrare il processo di variazione graduale della luminosità, il circuito integrato di pilotaggio a tripla uscita NCP5623 di ON Semiconductor viene utilizzato come caso di riferimento. Per creare una rampa di crescita dolce della luminosità, una soluzione consiste nel controllare via software il numero di passi del circuito di pilotaggio. In questo particolare esempio, sono previsti 31 passi. Un semplice ciclo di controllo può essere programmato nel microcontrollore per svolgere questo compito, ma la rampa può anche essere influenzata dalle attività di risposta a interruzioni ad alta priorità associate al sistema in tempo reale. Una soluzione migliore consiste nello sfruttare la funzione sequenza già integrata nel dispositivo NCP5623, che evita di utilizzare il microcontrollore per il controllo in tempo reale e riduce il sovraccarico software associato.

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