LED这两种 PWM 调光方法 哪种更好？

Q A & 问： 两种常见的LEDPWM 调光方法 脉宽调节(Pulse Width Modulation, PWM) 技术，是指利用 PWM 控制信号，其原理是通过改变 LED 正向工作电流的占空比来调节 LED 的发光亮度。本文介绍两种常见的 LED PWM 调光方法。

01

带低通滤波 PWM 调光

我们以TILED驱动器TPS61165举例：下图是一个具有低通滤波 PWM 输入的典型的 LED 驱动器升压电路，使用的是照明用 白色 LED 。

(图片来源于 TI )

上面的电路中，LED 驱动器中结合了一个 LPF，并结合了一个外部复位。逻辑电平 PWM 信号被缓冲和电平移位，因此它在参考电压 (VBG) 和地（GND）之间摆动。然后，滤波后的信号用作升压误差放大器的参考，迫使 FB 节点调节到VREF，以便设置LED 电流通过低侧电阻R1。

下面是 TPS61165 (低通滤波 PWM )波形

(图片来源于TI)

滤波PWM的主要缺点是:

1. 当PWM占空比从0到100%快速变化时，升压输出电压的响应缓慢。这主要是由于LED正向电压的变化导致升压输出电压需要在不同的电平之间转换。

2. 当滤波后的参考电压变得非常小时引入偏移误差（offset errors）。

偏移误差是这类控制的主要问题。由于VREF变得非常低(低占空比)，误差放大器的偏移量成为参考电压的很大一部分。为了纠正这一点，要么必须进行微调，要么必须使用更复杂的偏移抵消放大器。图3显示了LED电流设定点上偏移电压(VOS)的有效框图。这可以建模为误差放大器+输入处参考电压的偏移(VOS可以是正的也可以是负的)。对于正VOS， D = 0时可以实现的最小LED电流。 ( 图片来源于TI)

02

采样PWM调光

对低通滤波PWM调光方法的改进是对PWM进行采样，PWM输入信号被转换为数字代码，并将该数字代码应用于内部DAC。因为这是为更高性能的LED驱动器设计的，所以这主要用在集成电流源的产品上。此外，这些器件提供了将PWM输入与I2C占空比代码相结合的能力。

举例： TI 的 LM36923

PWM采样调光典型框图

(图片来源于TI)

由于采样把PWM转换为代码，因此偏移电压的问题变成了LSB大小问题。这可以从下图中看到，其中最小电流为50µA(相当于LM36923器件11位调光响应中的代码1)。并且包括了超时计数器，以确保0占空比下的0电流。

(图片来源于TI)

采样PWM的主要缺点是驱动采样器所需的静态电流较高。这主要是由于使用的是高频振荡器。

采样PWM (相对于滤波PWM)的主要优点如下:

1. 允许将PWM输入映射到指数调光曲线(或任何其他可用的映射模式)。

2. 允许LED电流在占空比变化之间斜坡。使用可编程斜坡可以将低分辨率PWM占空比输入转换为更高分辨率的电流斜坡。

3. 数字滤波器(可编程迟滞)可用于消除可能导致LED亮度闪烁的PWM输入中的抖动。

4. 允许低频PWM输入。由于PWM输入转换为数字代码，因此避免了低频PWM所需的大型低通滤波器。

5. 允许更快地响应占空比的变化。由于PWM采样时钟远高于PWM输入频率，因此可以在单个PWM周期内解释占空比的任何变化。然而，当PWM占空比偏差较大时，LED电压的波动会成为瓶颈。

总结

随着传统照明到发光二极管(LED) 的快速发展, 设计人员的难点在于，与传统白炽灯或日光灯照明不同，要在保持光线质量的同时对 LED 调光并非易事。虽可进行vwin 调光，但这会造成明显的色度和发射光“温度”偏移。了解LED的关键参数与LED调光的方法，帮你事半功倍。 更多LED相关技术信息，请查看以下内容：

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