LED亮度的模拟调光和PWM调光研究

2017-5-4 Browse: 937

  随着LED应用市场的持续快速发展,在LED终端产品中关于LED亮度的调节也就显得十分的必要。也是目前如LED灯具和显示屏等必须注重的环节。  
  对比度一般都被定义为系统可产生出的最亮色彩(白色)与最暗色彩(黑色)的发光度比率。对于LED亮度的调节,目前主要分为模拟调光和PWM调光,下面就将对两种调光方式进行介绍:   

模拟调光:  
  由于LED亮度在一定范围内欲电流成正比关系,LED的模拟调光是对LED电流的每个周期进行调整。更简单地说,它是不断调整LED的电流大小。模拟调光可以通过调整电流检测电阻RSNS,或用模拟电压驱动IC的某个调光功能引脚来完成。   
1、通过调整RSNS进行模拟调光   
  当使用固定CS参考电压时,RSNS值的变化将对应 LED电流的变化。如果可以找到能够处理高LED电流,同时还可以提供sub-1欧姆值的电位器,这将是LED调光的一个可行的方法。  
2、通过用直流电压驱动CS引脚实现模拟调光  
  更复杂的技术是通过用电压驱动CS引脚直接控制LED每个周期的电流。通常将电压源插入采样LED电流的反馈回路,并通过放大器进行缓冲。LED电流可以通过放大器的增益进行控制。使用该反馈电路,可以实现电流和热量返送之类的功能,以便进一步保护LED。  
  然而模拟调光的缺点在于发出的光的色温会随着LED电流的某个函数发生变化,当LED的颜色至关重要,或特定LED的色温在LED电流变化时发生很大改变的情况下,通过改变LED电流,从而对LED的输出进行调光将被禁止。  

PWM调光:  
  在PWM调光中,LED正向电流以减少的占空比在0%至100%间转换,以进行亮度控制。然而,PWM调光信号的频率必须大于100Hz,以免出现闪烁或抖动。为尽量降低可听到噪声和辐射,高端照明系统的调光频率范围一般要求几万赫兹。可是,更高的调光频率将大幅缩小驱动的调光范围,反而降低系统的最大亮度。下面将探讨在固定频率、时间延迟磁滞控制和固定导通时间的降压式LED驱动器中,高频PWM调光技术的性能表现,并通过测试数据来衡量不同配置下的性能。  
调光范围  
  在PWM调光中,LED正向电流以受控的占空比(DDim)进行开/关(ON/OFF),以达到想要的亮度级别。DDim的动态范围定义了PWM调光配置所能实现的最大亮度级别。如上所述,LED亮度与LED正向电流成比例,因此,在使用PWM调光配置时所得到的最高和最低LED电流平均值分别由式1和式2表示  
ILED_Max=DDim_Max×ILED(1)  
ILED_Min=DDim_Min×ILED(2)  
  其中,ILED为LED电流,ILED_Max为LED电流的平均最高值,ILED_Min为LED电流的平均最低值,DDim_Max为最大调光占空比,DDim_Min为最小调光占空比。因此,最高和最低LED明亮的比率,又被看作PWM调光范围,用式3表示。 
调光范围=DDim_Max/DDim_Min(3)  
  式3表示PWM调光范围与最大、最小调光占空比之间的关系。对于给定的调光频率FDim,DDim_Max表示最大占空比,即LED电流在下一个调光周期开始前,从所需的正向电流降低至零的时间;DDim_Min表示最小占空比,即LED电流由零升至所需的正向电流(IF)的时间。  
DDim_Max和DDim_Min表示如下:  
DDim_Max=(T-tSD)/T(4)  
DDim_Min=(tD+tSU)/T(5)  
  其中,T为调光周期(T=1/FDim),tD为从DIM脉冲上升沿到电源FET第一个脉冲之间的延迟,tSU为LED电流从零升至所需电流的上升时间,tSD为从DIM脉冲的下降沿到LED电流等于零之间的下降时间。式4和式5表达了DDim_Max、DDim_Min与LED驱动器的传动(power-train)特性和PWM调光方案之间的关系。  
  PWM调光由于其响应速度快,并且能够更加精确地调光。在实际使用中应用得最为广泛。 


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