白光LED的PWM驅動方式分析

2 LED的PWM驅動方式
2．1 PWM信號的原理和形成
PWM調光基于人眼對亮度閃爍不夠敏感的特性，使負載LED時亮時暗，如果亮暗的頻率超過100 Hz，人眼看到的就是平均亮度，而不是LED的閃爍。PWM調光通過調整亮和暗的時間比例實現調整亮度。這種方法通過把可調占空比和固定頻率的數字信號加到調整亮和暗時間比例的引腳即可實現調光，但調光的范圍取決于器件內部電路軟啟動或恢復正常工作的速度，因而范圍不是很寬。
PWM原理是以一固定直流電壓經過以一定頻率打開與閉合的開關K，從而控制改變LED上的電壓。設當LED接通時的最大電流為Imax。開關開閉周期為T，每次閉合時間為t，則當占空比為D=t／T時，LED的平均電流為：

由(1)式可知，當T不變(即開關的開關頻率同定)時，只要改變導通時間t，就可以改變LED兩端的平均電流。從而改變LED的亮度。
脈沖調寬信號的形成電路有3種：1)可用電壓-脈寬變換器產生，即硬件產生脈寬調制信號；2)由軟件定時產生，由定時器定時，定時時間受軟件控制，并從脈寬信號的輸出口P1．0或其他口輸出脈寬可調信號；3)由單片機控制外接定時／計數器(如8253)硬件電路產生脈寬調制信號，只需用兩個計數器分別工作于方式l和方式2，通過硬件連接便可以產生脈寬調制信號。其中，第1種是硬件電路實現，電路復雜。第2種使用定時器TO，但由于系統計數器不足，必須擴展。第3種是利用8253，非常方便，而且占用的軟件時間少。
Atmega 16單片機帶有4通道PWM，而且有快速PWM模式、相位修正PWM模式等多種工作模式?？紤]到成本及整個系統的簡化，本設計直接利用Atmega 16單片機產生脈寬調制信號。
2．2 PWM驅動白光LED
LED的發光強度基本上正比于通過LED器件的電流，這說明脈沖電流的平均電流與直流電流相同的條件下，LED的發光亮度一樣。另外，用高幅值的脈沖電流驅動LED，然后通過調節脈沖的占空比獲得較合適的平均電流，這樣可以降低功耗。因為當LED工作在脈沖狀態時，人眼覺察到的LED亮度值是介于峰值亮度與平均亮度值之間的。因此，脈沖電流驅動LED可比直接恒流驅動的LED更亮，即獲得同樣的發光亮度，脈沖電流驅動方式比直流電流驅動方式所需要的平均電流值更小。
其次，對于LED，如果采用脈沖電路驅動，其控制部分采用脈寬調制方式，與恒流控制方式相比，控制部分的控制效率會有比較大的提升，另外還可去掉限流電阻或減小其值。因此，從節能的角度出發，采用脈沖電源驅動方式更好。