LED驅動電路的脈沖調制PWM電路設計

　　輸出電壓=PWM信號的占空比×輸入電壓

　　也就是說只要改變PWM信號的占空比,就可以得到任意的輸出電壓。接下來介紹在實際產品設計中運用降壓轉換器電路驅動LED的方法。

　　PWM驅動電路例子

　　如圖7所示,在前述的降壓電路中追加線圈、電容、二極管的電路。在這里沒有考慮反饋電路。這里使用的是飛利浦 照明的LUXEON系列的LXM3-PW71 LED。LED(負載)的前端插入的線圈和電容構成平滑電路,通過轉換使得脈沖輸出平均化。線圈前端的二極管即使在開關關著的時候也能持續向線圈供給電流。降壓轉換器通常作為電壓轉換電路使用,但是在驅動LED時,則需要控制電流而不是電壓。

　　圖7 PWM驅動電路降壓轉換的例子

　　認圖7的電路構成。當脈沖信號處于On的狀態,也就是開關設計處于On的狀態時,電流按照輸入信號-開關-線圈-負載的順序流動。當開關設計處于Off的狀態時,電流按照二極管-線圈-負載的順序流動。因此要控制線圈中的電流實際上等同于控制LED中的電流。

　　在正極和負極間施加3.0V的電壓的話,可以從數據庫中看到,LXM3-PW71的電流約350mA。輸入電壓為12V時,設定脈沖波的占空比為25%(12V×0.25=3V),就能得到3V的電壓。當轉換頻率數為100kHz時,轉換周期為10μs,脈沖幅度為2.5μs。但是,負載只在順阻抗的情況下成立,實際在負載中運用LED時,根據電流大小負載特性也有變化,電流約為350mA時,脈沖幅度調制約為3.36μs。驗證電路的結果如圖8所示。

　　圖8 PWM驅動電路的驗證結果

　　LED中的電流發生變化,線圈中的電流也變化。通過傳感電路檢測線圈電流的變化,只要控制開關的打開時間,就能夠使得LED負載中的電流恒定。增加PWM的占空比,就能增加LED中的電流,也能增加亮度。比較阻抗驅動型電路和恒定電流源型驅動電路,改變PWM的占空比比改變阻抗值和電路常量更高效,也因此能了解PWM控制的便利性。

　　這次介紹的降壓轉換器運用于LED驅動 中需要電壓比輸入電壓低的情況。根據照明燈具、用途不同,有時需要同時驅動多個LED,這樣會出現所有的LED驅動中的必需電壓比輸入電壓高。這種情況下,就需要使用能夠制作比輸入電壓高的電壓的升壓轉換器。

　　在LED照明中,有效利用電力的同時還需要小型化。照明燈具中,將輸入電壓轉為LED驅動電壓的時候,會出現轉換損耗,轉換損耗越大越容易引起熱的問題。同時,如果開關頻率數增加,變壓器和線圈會變小,雖然整個線路板能夠實現小型化,但由于高開關頻率數會導致轉換損耗,出現高次諧波問題。因此,在LED的PWM驅動電路中,力爭實現高效和少零部件。

　　為了保持照明燈具的亮度穩定或者調節亮度,需要在傳感器 中檢測負載電流、進行控制演算、調整脈沖的占空比的反饋控制電路。本文沒有對反饋控制電路進行介紹,但是值得注意的是,反饋控制電路包含電壓控制、遲滯控制、類似遲滯控制、電流控制等多種。各種控制方式有優點也有缺點,需要我們根據照明燈具的作法和適用的電路方式選擇最佳的控制方式。