Q A &問：兩種常見的 LED PWM 調(diào)光方法脈寬調(diào)節(jié)(Pulse Width Modulation, PWM) 技術(shù)，是指利用 PWM 控制信號(hào)，其原理是通過改變 LED 正向工作電流的占空比來調(diào)節(jié) LED 的發(fā)光亮度。本文介紹兩種常見的 LED PWM 調(diào)光方法。

01

帶低通濾波 PWM 調(diào)光

我們以TILED 驅(qū)動(dòng)器TPS61165舉例：下圖是一個(gè)具有低通濾波 PWM 輸入的典型的 LED 驅(qū)動(dòng)器升壓電路，使用的是照明用白色 LED。

(圖片來源于 TI )

上面的電路中，LED 驅(qū)動(dòng)器中結(jié)合了一個(gè) LPF，并結(jié)合了一個(gè)外部復(fù)位。邏輯電平 PWM 信號(hào)被緩沖和電平移位，因此它在參考電壓 (VBG) 和地（GND）之間擺動(dòng)。然后，濾波后的信號(hào)用作升壓誤差放大器的參考，迫使 FB 節(jié)點(diǎn)調(diào)節(jié)到 VREF，以便設(shè)置LED 電流通過低側(cè)電阻R1。

下面是 TPS61165 (低通濾波 PWM )波形

(圖片來源于TI)

濾波PWM的主要缺點(diǎn)是:

1. 當(dāng)PWM占空比從0到100%快速變化時(shí)，升壓輸出電壓的響應(yīng)緩慢。這主要是由于LED正向電壓的變化導(dǎo)致升壓輸出電壓需要在不同的電平之間轉(zhuǎn)換。

2. 當(dāng)濾波后的參考電壓變得非常小時(shí)引入偏移誤差（offset errors）。

偏移誤差是這類控制的主要問題。由于VREF變得非常低(低占空比)，誤差放大器的偏移量成為參考電壓的很大一部分。為了糾正這一點(diǎn)，要么必須進(jìn)行微調(diào)，要么必須使用更復(fù)雜的偏移抵消放大器。圖3顯示了LED電流設(shè)定點(diǎn)上偏移電壓(VOS)的有效框圖。這可以建模為誤差放大器+輸入處參考電壓的偏移(VOS可以是正的也可以是負(fù)的)。對于正VOS， D = 0時(shí)可以實(shí)現(xiàn)的最小LED電流。(圖片來源于TI)

02

采樣PWM調(diào)光

對低通濾波PWM調(diào)光方法的改進(jìn)是對PWM進(jìn)行采樣，PWM輸入信號(hào)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼，并將該數(shù)字代碼應(yīng)用于內(nèi)部DAC。因?yàn)檫@是為更高性能的LED驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的，所以這主要用在集成電流源的產(chǎn)品上。此外，這些器件提供了將PWM輸入與I2C占空比代碼相結(jié)合的能力。

舉例：TI的LM36923

PWM采樣調(diào)光典型框圖

(圖片來源于TI)

由于采樣把PWM轉(zhuǎn)換為代碼，因此偏移電壓的問題變成了LSB大小問題。這可以從下圖中看到，其中最小電流為50μA(相當(dāng)于LM36923器件11位調(diào)光響應(yīng)中的代碼1)。并且包括了超時(shí)計(jì)數(shù)器，以確保0占空比下的0電流。

(圖片來源于TI)

采樣PWM的主要缺點(diǎn)是驅(qū)動(dòng)采樣器所需的靜態(tài)電流較高。這主要是由于使用的是高頻振蕩器。

采樣PWM (相對于濾波PWM)的主要優(yōu)點(diǎn)如下:

1. 允許將PWM輸入映射到指數(shù)調(diào)光曲線(或任何其他可用的映射模式)。

2. 允許LED電流在占空比變化之間斜坡。使用可編程斜坡可以將低分辨率PWM占空比輸入轉(zhuǎn)換為更高分辨率的電流斜坡。

3. 數(shù)字濾波器(可編程遲滯)可用于消除可能導(dǎo)致LED亮度閃爍的PWM輸入中的抖動(dòng)。

4. 允許低頻PWM輸入。由于PWM輸入轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼，因此避免了低頻PWM所需的大型低通濾波器。

5. 允許更快地響應(yīng)占空比的變化。由于PWM采樣時(shí)鐘遠(yuǎn)高于PWM輸入頻率，因此可以在單個(gè)PWM周期內(nèi)解釋占空比的任何變化。然而，當(dāng)PWM占空比偏差較大時(shí)，LED電壓的波動(dòng)會(huì)成為瓶頸。

總結(jié)

隨著傳統(tǒng)照明到發(fā)光二極管 (LED) 的快速發(fā)展, 設(shè)計(jì)人員的難點(diǎn)在于，與傳統(tǒng)白熾燈或日光燈照明不同，要在保持光線質(zhì)量的同時(shí)對 LED 調(diào)光并非易事。雖可進(jìn)行模擬調(diào)光，但這會(huì)造成明顯的色度和發(fā)射光“溫度”偏移。了解LED的關(guān)鍵參數(shù)與LED調(diào)光的方法，幫你事半功倍。 ?更多LED相關(guān)技術(shù)信息，請查看以下內(nèi)容：

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