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智能照明技術(shù)篇:PWM調(diào)光技術(shù)詳解

發(fā)布時(shí)間:2020-01-22    查看: 2807 次

關(guān)鍵詞: 智能照明

智能照明PWM調(diào)光是一種利用簡(jiǎn)單的數(shù)字脈沖,反復(fù)開(kāi)關(guān)白光 LED驅(qū)動(dòng)器的調(diào)光技術(shù)。應(yīng)用者的系統(tǒng)只需要提供寬、窄不同的數(shù)字式脈沖,即可簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)改變輸出電流,從而調(diào)節(jié)白光 LED 的亮度。PWM 調(diào)光的優(yōu)點(diǎn)在于能夠提供高質(zhì)量的白光,以及應(yīng)用簡(jiǎn)單,效率高!例如在手機(jī)的系統(tǒng)中,利用一個(gè)專用 PWM 接口可以簡(jiǎn)單的產(chǎn)生任意占空比的脈沖信號(hào),該信號(hào)通過(guò)一個(gè)電阻,連接到驅(qū)動(dòng)器的 EN 接口。多數(shù)廠商的驅(qū)動(dòng)器都支持PWM 調(diào)光。

  不管用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調(diào)節(jié)器來(lái)驅(qū)動(dòng)LED,它們的共同思路都是用驅(qū)動(dòng)電路來(lái)控制光的輸出。一些應(yīng)用只是簡(jiǎn)單地來(lái)實(shí)現(xiàn)“開(kāi)”和“關(guān)”地功能,但是更多地應(yīng)用需求是要從0到100%調(diào)節(jié)光的亮度,而且經(jīng)常要有很高的精度。設(shè)計(jì)者主要有兩個(gè)選擇:線性調(diào)節(jié)LED電流(模擬調(diào)光),或者使用開(kāi)關(guān)電路以相對(duì)于人眼識(shí)別力來(lái)說(shuō)足夠高的頻率工作來(lái)改變光輸出的平均值(數(shù)字調(diào)光)。使用脈沖寬度調(diào)制(PWM)來(lái)設(shè)置周期和占空度(圖1)可能是最簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的方法,并且Buck調(diào)節(jié)器拓?fù)渫軌蛱峁┮粋€(gè)最好的性能。

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圖1:使用PWM調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)及其波形

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  推薦的PWM調(diào)光

  智能照明模擬調(diào)光通常可以很簡(jiǎn)單的來(lái)實(shí)現(xiàn)。我們可以通過(guò)一個(gè)控制電壓來(lái)成比例地改變LED驅(qū)動(dòng)的輸出。模擬調(diào)光不會(huì)引入潛在的電磁兼容/電磁干擾(EMC/EMI)頻率。然而,在大多數(shù)設(shè)計(jì)中要使用PWM調(diào)光,這是由于LED的一個(gè)基本性質(zhì):發(fā)射光的特性要隨著平均驅(qū)動(dòng)電流而偏移。對(duì)于單色LED來(lái)說(shuō),其主波長(zhǎng)會(huì)改變。對(duì)白光LED來(lái)說(shuō),其相關(guān)顏色溫度(CCT)會(huì)改變。對(duì)于人眼來(lái)說(shuō),很難察覺(jué)到紅、綠或藍(lán)LED中幾納米波長(zhǎng)的變化,特別是在光強(qiáng)也在變化的時(shí)候。但是白光的顏色溫度變化是很容易檢測(cè)的。

  大多數(shù)LED包含一個(gè)發(fā)射藍(lán)光譜光子的區(qū)域,它透過(guò)一個(gè)磷面提供一個(gè)寬幅可見(jiàn)光。低電流的時(shí)候,磷光占主導(dǎo),光趨近于黃色。高電流的時(shí)候,LED藍(lán)光占主導(dǎo),光呈現(xiàn)藍(lán)色,從而達(dá)到了一個(gè)高CCT。當(dāng)使用一個(gè)以上的白光LED的時(shí)候,相鄰LED的CCT的不同會(huì)很明顯也是不希望發(fā)生的。同樣延伸到光源應(yīng)用里,混合多個(gè)單色LED也會(huì)存在同樣的問(wèn)題。當(dāng)我們使用一個(gè)以上的光源的時(shí)候,LED中任何的差異都會(huì)被察覺(jué)到。

??? LED生產(chǎn)商在他們的產(chǎn)品電氣特性表中特別制定了一個(gè)驅(qū)動(dòng)電流,這樣就能保證只以這些特定驅(qū)動(dòng)電流來(lái)產(chǎn)生的光波長(zhǎng)或CCT。用PWM調(diào)光保證了LED發(fā)出設(shè)計(jì)者需要的顏色,而光的強(qiáng)度另當(dāng)別論。這種精細(xì)控制在RGB應(yīng)用中特別重要,以混合不同顏色的光來(lái)產(chǎn)生白光。

  從驅(qū)動(dòng)IC的前景來(lái)看,智能照明模擬調(diào)光面臨著一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn),這就是輸出電流精度。幾乎每個(gè)LED驅(qū)動(dòng)都要用到某種串聯(lián)電阻來(lái)辨別電流。電流辨別電壓(VSNS)通過(guò)折衷低能耗損失和高信噪比來(lái)選定。驅(qū)動(dòng)中的容差、偏移和延遲導(dǎo)致了一個(gè)相對(duì)固定的誤差。要在一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)中降低輸出電流就必須降低VSNS。這樣就會(huì)反過(guò)來(lái)降低輸出電流的精度,最終,輸出電流無(wú)法指定、控制或保證。通常來(lái)說(shuō),相對(duì)于模擬調(diào)光,PWM調(diào)光可以提高精度,線性控制光輸出到更低級(jí)。



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