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详解LED PWM调光技术及设计注意点

Sameh Sarhan?? Chris Richardson?? 2015年06月24日 ?? 收藏2
加速调光频率 PWM实现精准LED调光

无论LED是经由降压、升压、降压/升压或线性稳压器驱动,连接每一个驱动电路最常见的线程就是须要控制光的输出。现今仅有很少数的应用只需要开和关的简单功能,绝大多数都需要从0~100%去微调亮度。目前,针对亮度控制方面,主要的两种解决方案为线性调节LED的电流(模拟调光)或在肉眼无法察觉的高频下,让驱动电流从0到目标电流值之间来回切换(数字调光)。利用脉冲宽度调变(PWM)来设定循环和工作周期可能是实现数字调光的最简单的方法,原因是相同的技术可以用来控制大部分的开关转换器。

PWM调光能调配准确色光

一般来说,模拟调光比较容易实行,这是因为LED驱动器的输出电流变化与控制电压成比例,而且模拟调光也不会引发额外的电磁兼容性(EMC)/电磁干扰(EMI)潜在频率问题。然而,大部分设计采用PWM调光的理由都是基于LED的基本特性,即放射光的位移是与平均驱动电流的大小成比例(图1)。对于单色LED来说,主要光波的波长会发生变化,而在白光LED方面,出现变化的是相对色温(CCT)。对于人们的肉眼来说,很难察觉出红、绿或蓝光LED中的奈米波长变化,尤其是当光的强度也同样在改变,但是白光的色温变化则比较容易察觉出来。大多数的白光LED都包含一片可放射出蓝光频谱光子的晶圆,这些光子在撞击磷光涂层后便会放射出各种可见光范围内的光子。在较小的电流下,磷光会成为主导并使光线偏向黄色;而在较大电流下,LED放射出来的蓝光则较多,使得光线偏向蓝色,同时也会产生较高的CCT。对于使用超过一个白光LED的应用,在两个相邻LED之间出现的CCT差异会很明显,且视觉令人不悦,此概念可以进一步延伸将多个单色LED光线混和在一起的光源。一旦超过一个光源,任何出现在它们之间的CCT差异都会令人感到刺眼。

图1 采用PWM调光的LED驱动器及波形
图1 采用PWM调光的LED驱动器及波形

LED制造商会在其产品的电流特性表中指定驱动电流的大小,其只会在这些特定电流条件下对产品的主波长或CCT提供保证。PWM调光的优点在于完全毋须考虑光的强弱,也能确保LED放射出设计人员所需的颜色。这种精确的控制对于红绿蓝(RGB)应用尤其重要,因为这些应用是将不同颜色的光线混和以产生白光。

从驱动器集成电路的角度看,模拟调光面临着输出电流准确性的严峻挑战。几乎所有的LED驱动器都在输出端加入某种形式的串行电阻来侦测电流,而所选用的电流感测电压VSNS会产生一个协调作用,使电路能保持高信号信噪比(SNR),同时维持低功耗,由驱动器中的容限度、偏移和延迟所引致的误差则相对保持固定。要在封闭回路系统中降低输出电流,就必须要调降VSNS,但如此一来,输出电流的准确性便会下降,直至VSNS的绝对值等于误差电压为止,最后,输出电流会变得无法控制,目标输出电流将不能被确定或保证。一般来说,PWM调光除了可以提高准确性之外,对于低阶光输出的线性控制也较模拟调光强。

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EMC? EMI? LED?

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