全程pwm調光_PWM調光技術詳解

PWM調光是一種利用簡單的數字脈沖，反複開關白光 LED驅動器的調光技術。應用者的系統隻需要提供寬、窄不同的數字式脈沖，即可簡單地實作改變輸出電流，進而調節白光 LED 的亮度。PWM 調光的優點在于能夠提供高品質的白光，以及應用簡單，效率高！例如在手機的系統中，利用一個專用 PWM 接口可以簡單的産生任意占空比的脈沖信号，該信号通過一個電阻，連接配接到驅動器的 EN 接口。多數廠商的驅動器都支援PWM 調光。本文引用位址：http://www.eepw.com.cn/article/178445.htm

不管用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調節器來驅動LED，它們的共同思路都是用驅動電路來控制光的輸出。一些應用隻是簡單地來實作“開”和“關”地功能，但是更多地應用需求是要從0到100%調節光的亮度，而且經常要有很高的精度。設計者主要有兩個選擇：線性調節LED電流(模拟調光)，或者使用開關電路以相對于人眼識别力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值(數字調光)。使用脈沖寬度調制(PWM)來設定周期和占空度(圖1)可能是最簡單的實作數字調光的方法，并且Buck調節器拓撲往往能夠提供一個最好的性能。

圖1：使用PWM調光的LED驅動及其波形

推薦的PWM調光

模拟調光通常可以很簡單的來實作。我們可以通過一個控制電壓來成比例地改變LED驅動的輸出。模拟調光不會引入潛在的電磁相容/電磁幹擾(EMC/EMI)頻率。然而，在大多數設計中要使用PWM調光，這是由于LED的一個基本性質：發射光的特性要随着平均驅動電流而偏移。對于單色LED來說，其主波長會改變。對白光LED來說，其相關顔色溫度(CCT)會改變。對于人眼來說，很難察覺到紅、綠或藍LED中幾納米波長的變化，特别是在光強也在變化的時候。但是白光的顔色溫度變化是很容易檢測的。

大多數LED包含一個發射藍光譜光子的區域，它透過一個磷面提供一個寬幅可見光。低電流的時候，磷光占主導，光趨近于黃色。高電流的時候，LED藍光占主導，光呈現藍色，進而達到了一個高CCT。當使用一個以上的白光LED的時候，相鄰LED的CCT的不同會很明顯也是不希望發生的。同樣延伸到光源應用裡，混合多個單色LED也會存在同樣的問題。當我們使用一個以上的光源的時候，LED中任何的差異都會被察覺到。

LED生産商在他們的産品電氣特性表中特别制定了一個驅動電流，這樣就能保證隻以這些特定驅動電流來産生的光波長或CCT。用PWM調光保證了LED發出設計者需要的顔色，而光的強度另當别論。這種精細控制在RGB應用中特别重要，以混合不同顔色的光來産生白光。

從驅動IC的前景來看，模拟調光面臨着一個嚴峻的挑戰，這就是輸出電流精度。幾乎每個LED驅動都要用到某種串聯電阻來辨識電流。電流辨識電壓(VSNS)通過折衷低能耗損失和高信噪比來標明。驅動中的容差、偏移和延遲導緻了一個相對固定的誤差。要在一個閉環系統中降低輸出電流就必須降低VSNS。這樣就會反過來降低輸出電流的精度，最終，輸出電流無法指定、控制或保證。通常來說，相對于模拟調光，PWM調光可以提高精度，線性控制光輸出到更低級。

調光頻率VS對比度

LED驅動對PWM調光信号的不可忽視的回應時間産生了一個設計問題。這裡主要有三種主要延遲(圖2)。這些延遲越長，可以達到的對比度就越低(光強的控制尺度)。

圖2：調光延遲

如圖所示，tn表示從時間邏輯信号VDIM提升到足以使LED驅動開始提高輸出電流的時候的過渡延遲。另外，tsu輸出電流從零提升到目标級所需要的時間，相反，tsn是輸出電流從目标級下降到零所需要的時間。一般來說，調光頻率(fDIM)越低，對比度越高，這是因為這些固定延遲消耗了一小部分的調光周期(TDIM)。fDIM的下限大概是120Hz，低于這個下限，肉眼就不會再把脈沖混合成一個感覺起來持續的光。另外，上限是由達到最小對比度來确定的。

對比度通常由最小脈寬值的倒數來表示：

CR = 1 / tON-MIN : 1

這裡tON-MIN = tD + tSU。在機器視覺和工業檢驗應用中常常需要更高的PWM調光頻率，因為高速相機和傳感器需要遠遠快于人眼的反應時間。在這種應用中，LED光源的快速開通和關閉的目的不是為了降低輸出光的平均強度，而是為了使輸出光與傳感器和相機時間同步。