白光LED的PWM驅(qū)動原理

本文設(shè)計一種基于PWM的可調(diào)光LED驅(qū)動電路，可提供LED所需的電壓和電流，且具有色溫高、經(jīng)濟(jì)實用、壽命長的特點(diǎn)。白光LED的電學(xué)特性具有很強(qiáng)的離散性，而且白光LED是一種同態(tài)電光源，是一種半導(dǎo)體照明器件。它具有體積小、機(jī)械強(qiáng)度大、功耗低、壽命長，便于調(diào)節(jié)和控制以及無污染等特征，是一種有極大發(fā)展前景的新型光源產(chǎn)品。但由于白光LED正向伏安特性非常陡，為其供電比較困難，白色LED工作電壓的較小波動就會導(dǎo)致工作電流的急劇變化，甚至可能燒壞LED。為了保持LED工作電流穩(wěn)定，保證LED能正?？煽康墓ぷ?，驅(qū)動電路設(shè)計至關(guān)重要。

　　1 白光LED的電特性

　　1.1 LED發(fā)光強(qiáng)度與電流的關(guān)系

　　LED器件在極限工作電流范圍內(nèi)發(fā)光強(qiáng)度隨正向電流的增加而增加，但不同半導(dǎo)體材料制成的LED器件，其發(fā)光強(qiáng)度與正向電流的變化關(guān)系有所不同。從總體上看，發(fā)光強(qiáng)度Ir都是隨著正向電流If的增加而增加的。

　　Ir與If的關(guān)系曲線描述為達(dá)到所需的發(fā)光強(qiáng)度，LED應(yīng)該用多大的電流來驅(qū)動。LED發(fā)光強(qiáng)度與正向電流的關(guān)系如圖l所示。圖1中的曲線以紅色發(fā)光LED為例，當(dāng)正向電流約40 mA時，紅色LED的發(fā)光強(qiáng)度幾乎不再發(fā)生變化。也就是說，只要控制紅色LED陣列的正向電流達(dá)到一定值，其發(fā)光強(qiáng)度也就趨向飽和。

　　1.2 溫度對白光LED正向電流的影響

　　白光LED的正向電流的大小也隨溫度的變化而變化的，圖2是常用白光LED的允許正向電流隨溫度的變化曲線。

　　2 LED的PWM驅(qū)動方式

　　2.1 PWM信號的原理和形成

　　PWM調(diào)光基于人眼對亮度閃爍不夠敏感的特性，使負(fù)載LED時亮?xí)r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(diào)光通過調(diào)整亮和暗的時間比例實現(xiàn)調(diào)整亮度。這種方法通過把可調(diào)占空比和固定頻率的數(shù)字信號加到調(diào)整亮和暗時間比例的引腳即可實現(xiàn)調(diào)光，但調(diào)光的范圍取決于器件內(nèi)部電路軟啟動或恢復(fù)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(jīng)過以一定頻率打開與閉合的開關(guān)K，從而控制改變LED上的電壓。設(shè)當(dāng)LED接通時的最大電流為Imax。開關(guān)開閉周期為T，每次閉合時間為t，則當(dāng)占空比為D=t/T時，LED的平均電流為：

　　由(1)式可知，當(dāng)T不變(即開關(guān)的開關(guān)頻率同定)時，只要改變導(dǎo)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。