白光LED的PWM驅(qū)動(dòng)方式分析

2 LED的PWM驅(qū)動(dòng)方式
2．1 PWM信號(hào)的原理和形成
PWM調(diào)光基于人眼對(duì)亮度閃爍不夠敏感的特性，使負(fù)載LED時(shí)亮?xí)r暗，如果亮暗的頻率超過(guò)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(guò)調(diào)整亮和暗的時(shí)間比例實(shí)現(xiàn)調(diào)整亮度。這種方法通過(guò)把可調(diào)占空比和固定頻率的數(shù)字信號(hào)加到調(diào)整亮和暗時(shí)間比例的引腳即可實(shí)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(dòng)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(guò)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(shí)的最大電流為Imax。開關(guān)開閉周期為T，每次閉合時(shí)間為t，則當(dāng)占空比為D=t／T時(shí)，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(shí)，只要改變導(dǎo)通時(shí)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(diào)寬信號(hào)的形成電路有3種：1)可用電壓-脈寬變換器產(chǎn)生，即硬件產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)；2)由軟件定時(shí)產(chǎn)生，由定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)時(shí)間受軟件控制，并從脈寬信號(hào)的輸出口P1．0或其他口輸出脈寬可調(diào)信號(hào)；3)由單片機(jī)控制外接定時(shí)／計(jì)數(shù)器(如8253)硬件電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，只需用兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別工作于方式l和方式2，通過(guò)硬件連接便可以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)。其中，第1種是硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路復(fù)雜。第2種使用定時(shí)器TO，但由于系統(tǒng)計(jì)數(shù)器不足，必須擴(kuò)展。第3種是利用8253，非常方便，而且占用的軟件時(shí)間少。
Atmega 16單片機(jī)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(gè)系統(tǒng)的簡(jiǎn)化，本設(shè)計(jì)直接利用Atmega 16單片機(jī)產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)。
2．2 PWM驅(qū)動(dòng)白光LED
LED的發(fā)光強(qiáng)度基本上正比于通過(guò)LED器件的電流，這說(shuō)明脈沖電流的平均電流與直流電流相同的條件下，LED的發(fā)光亮度一樣。另外，用高幅值的脈沖電流驅(qū)動(dòng)LED，然后通過(guò)調(diào)節(jié)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?yàn)楫?dāng)LED工作在脈沖狀態(tài)時(shí)，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(qū)動(dòng)LED可比直接恒流驅(qū)動(dòng)的LED更亮，即獲得同樣的發(fā)光亮度，脈沖電流驅(qū)動(dòng)方式比直流電流驅(qū)動(dòng)方式所需要的平均電流值更小。
其次，對(duì)于LED，如果采用脈沖電路驅(qū)動(dòng)，其控制部分采用脈寬調(diào)制方式，與恒流控制方式相比，控制部分的控制效率會(huì)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(jié)能的角度出發(fā)，采用脈沖電源驅(qū)動(dòng)方式更好。