LED 照明设计之脉冲调制PWM 电路详解.pdf

LED 照明设计之脉冲调制 PWM 电路详解 LED 照明作为新一代照明受到了广泛的关注。仅仅依靠 LED 封 装并不能制作出好的照明灯具。本文主要从电子电路、热分析、光 学方面阐述了如何运用 LED 特性进行设计。 在上一期的 “LED 驱动电路设计－基础篇”中，介绍了 LED 的 电子特性和基本的驱动电路。遗憾的是，阻抗型驱动电路和恒电流 源型驱动电路，大范围输入电压和大电流中性能并不强，有时并不 能发挥出 LED 的性能。相反，用脉冲调制方法驱动 LED 电路，能够 发挥 LED 的多个优点。这次主要针对运用脉冲调制的驱动电路进行 说明。 PWM 是什么？ 脉冲调制英文表示是 Pulse Width Modulation，简称 PWM。PWM 是调节脉冲波占空比的一种方式。如图 1 所示，脉冲的占空比可以 用脉冲周期、On-time、Off-time 表示，如下公式： 占空比＝On-time （脉冲的 High 时间）/ 脉冲的一个周期 （On-time + Off-time）Tsw （一周期）可以是开关周期，也可以是 Fsw=1/Tsw 的开关频率。 图 1 Pulse Width Modulation (PWM) 在运用 PWM 的驱动电路中，可以通过增减占空比，控制脉冲一 个周期的平均值。运用该原理，如果能控制电路上的开关设计 （半 导体管、MOSFET、IGBT 等）的打开时间 （关闭时间），就能够调节 LED 电流的效率。这就是接下来要介绍的 PWM 控制。 PWM 信号的应用 PWM 控制电路的一个特征是只要改变脉冲幅度就能控制各种输 出。图 2 的降压电路帮助理解PWM 的控制原理。在这个电路中，将 24V 的输入电压转换成 12V，需要增加负载。负载就是单纯的阻抗。 电压转换电路的方法有很多，运用 PWM 信号的效果如何呢？ 图 2 降压电路 在图 2 的降压电路中取PWM 控制电路，如图 3 所示。MOSFEL 作 为开关设计使用。当 PWM 信号的转换频率数为 20kHz 时，转换周期 为 50μs。PWM 信号为 High 的时候，开关为 On，电流从输入端流经 负载。当 PWM 信号处于 Low 状态时，开关 Off，没有输入和输出， 电流也断掉。 这里尝试将 PWM 信号的占空比固定在 50％，施加在开关中。 开关开着的时候电流和电压施加到负载上。开关关着的时候因 为没有电流，所以负载的供给电压为零。如图 4 绿色的波形、V （OUT） 可在负载中看到输出电压。 图 3 运用 PWM 信号的降压电路 图4 解析结果 占空比：50％ 输入电压是直流，通过脉冲信号得到输出电压在负载的前端（开 关的后端）插入平滑电路，就可以得到如图 4 所示的茶色的波形。 输出脉冲的平均值约 12V 时，直流电压可以供给负载。 但如果不是 12V，而是想得到 6V 的输出电压时，应该怎么做？ PWM 控制的优点实际就在此。只需改变脉冲幅度就可以了。实际上， 只需设定占空比为 25％就可以得到平均输出 6V 的电压。图 5 和图 6 表示的是这种情况下的电路和解析结果。