led燈調(diào)光原理分析對照

1、看到論壇上有朋友問起LED調(diào)光原理，正好手頭上有一份如此的資料，發(fā)上 來大伙兒一路看看。帖子要緊對大電流LED調(diào)光原理進行了對照分析，是一 篇不錯的文章。一般來說，LED調(diào)光技術(shù)的運用不僅可以提高對比度，還可以減少耗電 量。下面將對大電流LED調(diào)光原理進行對比分析。對比度一般都被定義為系統(tǒng)可產(chǎn)生出的最亮色彩（白色）與最暗色彩（黑 色）的發(fā)光度比率?？梢酝ㄟ^控制進入的正向電流來調(diào)節(jié)LED的亮度級別，即 模擬調(diào)光。LED的色彩可以隨著正向電流的變化而位移，因此對于一些可容 忍色彩位移的低檔照明系統(tǒng)而言，模擬調(diào)光不失為一個適合的選擇。可是， 關(guān)于基于LED的LCD顯示屏等的高端應(yīng)用來講，為取得想要的

2、色彩一致性和 各類亮度級別，就必需采納更復(fù)雜的調(diào)光技術(shù)。針對高端應(yīng)用的LED驅(qū)動器 一樣都采納固定頻率工作模式與PWM調(diào)光機制。在PWM調(diào)光中，LED正向電 流以減少的占空比在0%至100%間轉(zhuǎn)換，以進行亮度操縱。但是，PWM調(diào)光信 號的頻率必需大于100Hz,以避免顯現(xiàn)閃爍或抖動。為盡可能降低可聽到噪 聲和輻射;高端照明系統(tǒng)的調(diào)光頻率范圍一樣要求幾萬赫茲。可是，更高的 調(diào)光頻率將大幅縮小驅(qū)動的調(diào)光范圍，反而降低系統(tǒng)的最大亮度。本文將探 討在固定頻率、時刻延遲磁滯操縱和固定導(dǎo)通時刻的降壓式LED驅(qū)動器中， 高頻PWM調(diào)光技術(shù)的性能表現(xiàn)，并通過測試數(shù)據(jù)來衡量不同配置下的性能。LED調(diào)光范圍在PW

3、M調(diào)光中，LED正向電流以受控的占空比(DDim)進行開/關(guān)(ON/OFF), 以達到想要的亮度級別。DDim的動態(tài)范圍概念了 PWM調(diào)光配置所能實現(xiàn)的最 大亮度級別。如上所述，LED亮度與LED正向電流成比例，因此，在利用PWM 調(diào)光配置時所取得的最高和最低LED電流平均值別離由式1和式2表示。ILED_Max=DDim_Max XILED (1)ILED_Min=DDim_MinX ILED (2)其中，ILED為LED電流，ILED_Max為LED電流的平均最高值，ILED_Min 為LED電流的平均最低值，DDim_Max為最大調(diào)光占空比，DDim_Min為最小調(diào) 光占空比。因此，最高

4、和最低LED明亮的比率，又被看作PWM調(diào)光范圍，用式3表示。調(diào)光范圍=DDim_Max/DDini_Min (3)式3表示PWM調(diào)光范圍與最大、最小調(diào)光占空比之間的關(guān)系。對于給定的調(diào)光頻率FDim, DDim_Max表示最大占空比，即LED電流在下一個調(diào)光周期開始前，從所需的正向電流降低至零的時間;DDim_Min表示最小占空比，即LED電流由零升至所需的正向電流(IF)的時間。從圖1 (a)可見,DDim_Max和DDim_Min用式5表示。DDimJlax=(T-tSD)/T (4)DDimJIin=(tD+tSU)/T (5)其中,T為調(diào)光周期為二l/FDim), tD為從DIM脈沖上升

5、沿到電源FET第一個脈沖之間的延遲，tSU為LED電流從零升至所需電流的上升時刻，tSD為從DIM脈沖的下降沿到LED電流等于零之間的下降時刻。圖1(a)：最大和最小的PWM調(diào)光占空比；圖1(b)：最經(jīng)常使用的PWM調(diào) 光配置。式4和式5表達了 DDim_Max、DDim_Min與LED驅(qū)動器的傳動(power-train) 特性和PWM調(diào)光方案之間的關(guān)系。下文將討論幾種不同的PWM調(diào)光方案。PWM調(diào)光方案能夠采納多個不同的電路來實現(xiàn)正向LED電流的開/關(guān)心換，圖1(b)是 最經(jīng)常使用的PWM調(diào)光配置。在使能調(diào)光方案(圖lb(A)中，LED電流的開/關(guān)是通過把開關(guān)穩(wěn)壓器或 者電源FET驅(qū)動器設(shè)

6、置成使能(Enable)或失效(Disable)來實現(xiàn)的。使能調(diào)光 的缺點是調(diào)光延遲較大(tD, tSU&tSD)。tD指需要啟動開關(guān)穩(wěn)壓器電路所需 的時間。如果利用調(diào)光信號去開/關(guān)電源FET驅(qū)動器，而不是去開關(guān)穩(wěn)壓器， 則可以消除這種延遲。tSU和tSD指電感器電流上升至所需LED電流，并將性。使能調(diào)光方案可以在低調(diào)光頻率下提供較大的調(diào)光范圍。但是，由于調(diào) 光延遲比較大，如果增加調(diào)光頻率，會明顯降低調(diào)光范圍。串行調(diào)光方案(圖lb(B)將一個開關(guān)與LED串聯(lián)在一起，這樣，LED電流 從IF和零之間的切換將隨著串聯(lián)開關(guān)的導(dǎo)通(04和斷開(OFF)來執(zhí)行。在這 種配置中，當(dāng)串行開關(guān)器導(dǎo)通時

7、，峰值檢測器被用來確保電壓信號在反饋引 腳(FB)處的連續(xù)性。串行調(diào)光沒有延遲時間tD和tSD,因此要優(yōu)于使能調(diào)光。 不過，這種方法的tSU較大，在高調(diào)光頻率下所能達至的調(diào)光范圍比較小。并行調(diào)光方案(圖lb(C)把一個分流開關(guān)與LED并聯(lián)在一起。一旦將這 個開關(guān)設(shè)置成OFF或0N,立刻會有電流IF流進或者流出LEDo并行調(diào)光能明 顯減少tD、tSU和tSD,因為它可長期維持連續(xù)的電感器電流，這個電流的 平均值大約等于所需的LED正向電流。因此，這種調(diào)光配置適合那些在高調(diào) 光頻率下要求寬調(diào)光范圍的應(yīng)用。但是，并行調(diào)光必須配合開關(guān)穩(wěn)理器拓樸 來使用，因為只有這種布局才可提供連續(xù)的輸出電感器電流。此

8、外，由于分 流開關(guān)(shunt switch)的功率耗散，這種方式將降低整體系統(tǒng)的效率。下文 將探討與固定頻率、磁滯和固定導(dǎo)通時間降壓式LED驅(qū)動器一起工作時，使 能調(diào)光和并行調(diào)光方案的性能。固定頻率降壓LED驅(qū)動器的調(diào)光固定頻率電流模式降壓LED驅(qū)動器的簡化框圖如圖2所示。驅(qū)動器可通 過選用Enable_Dim操縱或Shunt_Dim操縱，配置成使能調(diào)光或并行調(diào)光。圖3表示圖2中的LED驅(qū)動器的典型使能調(diào)光波形，這些波形是用LM3O45（1A的16MHz固定頻率LED驅(qū)動器）來產(chǎn)生的。圖2：固定頻率的電流模式降壓LED驅(qū)動器的簡化框圖。在圖3中，從DIM脈沖的上升沿到電源FET第一個脈沖，大

9、約有50 ns 的延遲tD。這個延遲正如前面所說與啟動穩(wěn)壓器的電路有關(guān)。與LED電流由 零到5A的上升時間有關(guān)的時延tSU,其測量出來的數(shù)值約為25 ns,這個延 遲很大程度受到了圖2中固定頻率LED驅(qū)動器的固有控制環(huán)路頻寬限制的影響。tSD也是LED電流下降至零的DIM脈沖下降沿，其數(shù)值約為uso這個延遲則受開關(guān)穩(wěn)壓器的電感器大小和LED正向電壓降的影響。圖3：圖3中LED驅(qū)動器的典型使能調(diào)光波形(Vin=10V, IF=, Fsw=,FDim= 5kHz, DDim=50%) 圖4給出了圖2中的LED驅(qū)動器的并行調(diào)光波形。這種配置可以完全消 除tD,因為驅(qū)動器會長期處于開關(guān)狀態(tài)。此外，它還

10、可以消除tSD,因為當(dāng) 開關(guān)被設(shè)置成ON時（Shunt_Dim為高）,電感器電流IL幾乎是立刻轉(zhuǎn)向從LED 流入分流開關(guān)。另一方面，測度出來的tSU大約為lOus,這仍是一個相對 比較大的延遲?？偟膩碚f，在高調(diào)光頻率下，采用固定頻率LED驅(qū)動器的并 行調(diào)光不會顯著增加調(diào)光范圍，因為驅(qū)動器控制環(huán)路的動態(tài)響應(yīng)是有限制的。圖4：圖3中的LED驅(qū)動器的并行調(diào)光波形(Vin=10V, IF=, Fsw=, FDim=20KHz, DDim=50%)o劃如函ILED調(diào)光原理對照分析(二) 磁滯降壓LED驅(qū)動器的調(diào)光磁滯降壓LED驅(qū)動器的簡化框圖如圖5所示，它可被配置成使能調(diào)光或 并行調(diào)光。圖6波形由LM3

11、485磁滯降壓操縱器產(chǎn)生，這些波形清楚地顯示調(diào) 光延遲明顯減少了。tD減少的緣故是Enable_Dim操縱被用來直接啟動和導(dǎo) 通電源FET門驅(qū)動器。tSU減少的緣故是磁滯操縱的方式排除因固定頻率操作而致使的動態(tài)響應(yīng)限制。tSD那么沒有明顯轉(zhuǎn)變。圖5：磁滯降壓LED驅(qū)動器的簡化框圖。圖6：圖6中磁滯降壓LED驅(qū)動器的使能調(diào)光波形(Vin=20V, IF=, Fsw=750 KHz, FDim= 20KHz, DDim=50%)°圖7是圖5中的磁滯LED驅(qū)動器的并行調(diào)光波形。這些波形表示所有的 調(diào)光延遲都已經(jīng)明顯減少，從而在高調(diào)光頻率下獲得寬闊的調(diào)光范圍。在小 空間內(nèi)，采用帶有磁滯LED

12、驅(qū)動器的并行調(diào)光，的確能在高調(diào)光頻率下達到 非常寬闊的調(diào)光范圍。不過，磁滯式控制存在一個缺點，即驅(qū)動器的開關(guān)頻 率將隨著輸入電壓的改變而大幅變化。圖7：圖6中的磁滯降壓LED驅(qū)動器的并行調(diào)光波形(Vin=20V, IF=,Fsw=750 KHz, FDim= 20KHz, DDim=50%)。固定導(dǎo)通時刻降壓驅(qū)動器采納基于比較器和單次啟動按時器(one-shoton-timer)的操縱架構(gòu)，并對反饋引腳(FB)的電壓與內(nèi)部基準電壓進行比較。若是FB電壓低于基準電壓，降壓開關(guān)便會導(dǎo)通，導(dǎo)通時刻由輸入電壓和一個編程電阻器(Ron)決定。導(dǎo)通時刻以后，開關(guān)在一段固定的時刻內(nèi)維持斷開，或一直斷開，直到FB電壓再次下降至低于基準電壓。然后，降壓開關(guān)為另一個導(dǎo)通周期而再次導(dǎo)通。由于那個導(dǎo)通時刻是通過編程的，因此與輸入電壓成反比，以盡可能減少線電壓改變時開關(guān)頻率的轉(zhuǎn)變。固定導(dǎo)通時間降壓LED驅(qū)動器的簡化框圖如圖8所示，它可被配置成使 能調(diào)光或并行調(diào)光。圖9的波形由LM34O4(1A固定導(dǎo)通時間降壓穩(wěn)壓器)產(chǎn)生。 與磁滯式降壓驅(qū)動器類似，t