LED照明亮度控制新技術特征與應用

　　2.2新的調光技術--PWM調制技術的應用

　　LED發出光的波長與器件內被驅動的正向電流關系密切。為了防止色調變化，須精心選擇調光方法。以往最常用的調光方法是改變器件上的正向電流或電壓。不幸的是電流或電壓的變化都會改變光的波長，這種效應與波長成正比，較長的波長經受的色調對電流的變化最強。在很多應用中，這種結果是不能接受的，如果采用PWM調制技術，就可以給LED正確調光，不會引起波長變化。LED的通斷操作是通過改變占空比實現的，這時正向電流(1F)是恒定電流。

　　2.2.1低頻高頻調光應用

　　⑴低頻調光。由于LED具備穩定的瞬時驅動電流，因而適合采用低頻凋光。LED的色溫在所有亮度下保持不變。低頻調光的另一個優點是可將亮度降至1%。因此調光范圍為100：1。而頻率選擇是為避免可見閃爍， PWM信號必須大于100Hz。如果所選的頻率過高，內置低通濾波器將開始合并PWM信號，并產生非線性反應。同時調節針的軟啟動功能將導致PWM信號的上升或下降發生延遲。這將使LED電流具有非線性特性，在頻率增加時影響更為顯著。

　　常見的低頻和高頻信號進行脈寬調制示意圖如圖2所示。該圖是以ZETEX的ZXLD1350驅動器為例的脈寬調制示意圖。

　　圖2 以ZXLD1350驅動器為例的脈寬調制示意圖

　　建議低頻的上限為lkHz。電感器可能聽得見的噪音的影響也需要加以考慮。某些線圈松動的電感器可能出現此類情況，PWM頻率為lkHz時將比100Hz更加明顯。

　　⑵高頻調光

　　如果系統要求低輻射和輸入/輸出諧波，則適合采用高頻調光。但調光范圍將降至5:l。ZXLDl350具備整合高頻PWM信號的內置低通濾波器，可進行直流調光控制。如果PWM頻率高于10kHz左右，且占空比大于指定的最小值，裝置將保持工作狀態，輸出也將持續不變。

　　⑶輸入緩沖晶體管

　　進行PWM調光時，輸入雙極晶體管Q宜使用集電極開路輸出(如圖2所示)。以確保達到200mV的輸入關閉閾值。不使用緩沖晶體管也可直接進行PWM控制，但必須格外謹慎。該操作將使內置的1.25V電壓基準負荷過重。如果100%PWM(直流)使用2.5V輸入電壓，進入LED的輸出電流將達到正常電流的2倍。并可能損壞ZXLDl350。使用5V邏輯信號進行過驅動將極有可能在超出調節針額定電壓時損壞裝置。

　　⑷軟啟動及去耦電容器

　　調節針上的任何附加電容器都將影響PWM信號上升和下降。由于上升時間將增加大約0.5ms/nF，因此需對此加以考慮。將其與100Hz PWM進行對比，50%占空比時開啟時間Ton，及關閉時間Toff為5ms，1%占空比時開啟時間Ton為0.1ms。調節針上的lnF將導致0.5ms的上升時間，這將造成以低占空比進行調光時出錯和受到限制。

　　2.2.2利用線性以及PWM輸入信號準確控制亮度

　　該方案是采用高度整合的技術。其特點是效率較高而且功耗較低，所需的外置組件也最少并可準確控制溫度/亮度。而新型LM3402/02HV開關穩壓器可以能滿足這方面技術的需要，圖3所示為LM3402/02HV開關穩壓器的應用示意圖。

　　圖3中的LM3402/02HV開關穩壓器設有專用的亮度控制(DIM)接腳，可以利用線性以及PWM輸入信號準確控制亮度。利用發光二極管發光的照明系統普遍采用PWM的光暗控制方式控制燈光亮度，這個亮度控制方法已成為業界普遍采用的標準。只要調節正向發光二極管的電流，發光二極管的光線輸出量便會按照線性方式增減，但大部分光線的波段會出現偏移現象。部分應用對顏色的要求并不十分嚴格，因此仍會采用線性的亮度控制方式，但汽車燈如煞車燈、液晶顯示器背光以及直接顯示的RGB發光二極管對亮度及色彩都有極嚴格的要求，因此這類應用一般都會采用PWM方式控制亮度。

　　圖3 LM3402/02HV開關穩壓器的應用示意圖

　　LM3402/02HV開關穩壓器特征如下：輸入電壓范圍 6V～75V，采用降壓穩壓器的線路布局；可為發光二極管提供恒定的驅動電流，回授電壓為200mV；當RON接腳處于低電位時，停機電流便會進一步降低；準確的PWM亮度控制；開關頻率高達1MHz；設有磁滯功能，而且導通時間固定。因此，可以在整個輸入電壓范圍內進行開關頻率(FSW)控制。