关键词: LED, 电路设计, 工作原理
问：两种常见的 LED PWM 调光方法
脉宽调节 (Pulse Width Modulation, PWM) 技术，是指利用 PWM 控制信号，其原理是通过改变 LED 正向工作电流的占空比来调节 LED 的发光亮度。本文介绍两种常见的 LED PWM 调光方法。
我们以 TI LED 驱动器 TPS61165 举例：下图是一个具有低通滤波 PWM 输入的典型的 LED 驱动器升压电路，使用的是照明用白色 LED 。
上面的电路中，LED 驱动器中结合了一个 LPF，并结合了一个外部复位。逻辑电平 PWM 信号被缓冲和电平移位，因此它在参考电压 (VBG) 和地（GND）之间摆动。然后，滤波后的信号用作升压误差放大器的参考，迫使 FB 节点调节到 VREF，以便设置 LED 电流通过低侧电阻R1。
下面是 TPS61165 (低通滤波 PWM )波形
滤波PWM的主要缺点是:
1.当PWM占空比从0到100%快速变化时，升压输出电压的响应缓慢。这主要是由于LED正向电压的变化导致升压输出电压需要在不同的电平之间转换。
2.当滤波后的参考电压变得非常小时引入偏移误差（offset errors）。
偏移误差是这类控制的主要问题。由于VREF变得非常低(低占空比)，误差放大器的偏移量成为参考电压的很大一部分。为了纠正这一点，要么必须进行微调，要么必须使用更复杂的偏移抵消放大器。图3显示了LED电流设定点上偏移电压(VOS)的有效框图。这可以建模为误差放大器+输入处参考电压的偏移(VOS可以是正的也可以是负的)。对于正VOS， D = 0时可以实现的最小LED电流。
2. 采样PWM调光
对低通滤波PWM调光方法的改进是对PWM进行采样，PWM输入信号被转换为数字代码，并将该数字代码应用于内部DAC。因为这是为更高性能的LED驱动器设计的，所以这主要用在集成电流源的产品上。此外，这些器件提供了将PWM输入与I2C占空比代码相结合的能力。
PWM 采样调光典型框图
由于采样把PWM转换为代码，因此偏移电压的问题变成了LSB大小问题。这可以从下图中看到，其中最小电流为50µA(相当于LM36923器件11位调光响应中的代码1)。并且包括了超时计数器，以确保0占空比下的0电流。
采样PWM的主要缺点是驱动采样器所需的静态电流较高。这主要是由于使用的是高频振荡器。
采样PWM (相对于滤波PWM)的主要优点如下:
- 1.允许将PWM输入映射到指数调光曲线(或任何其他可用的映射模式)。
- 2.允许LED电流在占空比变化之间斜坡。使用可编程斜坡可以将低分辨率PWM占空比输入转换为更高分辨率的电流斜坡。
- 3.数字滤波器(可编程迟滞)可用于消除可能导致LED亮度闪烁的PWM输入中的抖动。
- 4.允许低频PWM输入。由于PWM输入转换为数字代码，因此避免了低频PWM所需的大型低通滤波器。
- 5.允许更快地响应占空比的变化。由于PWM采样时钟远高于PWM输入频率，因此可以在单个PWM周期内解释占空比的任何变化。然而，当PWM占空比偏差较大时，LED电压的波动会成为瓶颈。
总结：
随着传统照明到发光二极管 (LED) 的快速发展, 设计人员的难点在于，与传统白炽灯或日光灯照明不同，要在保持光线质量的同时对 LED 调光并非易事。虽可进行模拟调光，但这会造成明显的色度和发射光“温度”偏移。了解LED的关键参数与LED调光的方法，帮你事半功倍。
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