(摘自MONOist )（CCS編譯）

CYBERNET 應用系統(tǒng)事業(yè)部

LED照明設計(1)LED照明基礎

LED照明設計(2)不可或缺的“散熱解決方案”

LED照明設計(3)LED電特性及簡單驅(qū)動電路

LED照明設計(4)脈沖調(diào)制PWM電路詳解

LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關注。僅僅依靠LED封裝并不能制作出好的照明燈具。本文主要從電子電路、熱分析、光學方面闡述了如何運用LED特性進行設計。

在上一期的“LED驅(qū)動電路設計－基礎篇”中，介紹了LED的電子特性和基本的驅(qū)動電路。遺憾的是，阻抗型驅(qū)動電路和恒電流源型驅(qū)動電路，大范圍輸入電壓和大電流中性能并不強，有時并不能發(fā)揮出LED的性能。相反led照明電路，用脈沖調(diào)制方法驅(qū)動LED電路led照明電路，能夠發(fā)揮LED的多個優(yōu)點。這次主要針對運用脈沖調(diào)制的驅(qū)動電路進行說明。

PWM是什么？

脈沖調(diào)制英文表示是Pulse Width Modulation，簡稱PWM。PWM是調(diào)節(jié)脈沖波占空比的一種方式。如圖1所示，脈沖的占空比可以用脈沖周期、On-time、Off-time表示，如下公式：

占空比＝On-time（脈沖的High時間）/ 脈沖的一個周期（On-time + Off-time）

Tsw（一周期）可以是開關周期，也可以是Fsw=1/Tsw的開關頻率。

圖1 Pulse Width Modulation (PWM)

在運用PWM的驅(qū)動電路中，可以通過增減占空比，控制脈沖一個周期的平均值。運用該原理，如果能控制電路上的開關設計（半導體管、MOSFET、IGBT等）的打開時間（關閉時間），就能夠調(diào)節(jié)LED電流的效率。這就是接下來要介紹的PWM控制。

PWM信號的應用

PWM控制電路的一個特征是只要改變脈沖幅度就能控制各種輸出。圖2的降壓電路幫助理解PWM的控制原理。在這個電路中，將24V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成12V，需要增加負載。負載就是單純的阻抗。電壓轉(zhuǎn)換電路的方法有很多，運用PWM信號的效果如何呢？

圖2 降壓電路

在圖2的降壓電路中取PWM控制電路，如圖3所示。MOSFEL作為開關設計使用。當PWM信號的轉(zhuǎn)換頻率數(shù)為20kHz時，轉(zhuǎn)換周期為50μs。PWM信號為High的時候，開關為On，電流從輸入端流經(jīng)負載。當PWM信號處于Low狀態(tài)時，開關Off，沒有輸入和輸出，電流也斷掉。

這里嘗試將PWM信號的占空比固定在50％，施加在開關中。

開關開著的時候電流和電壓施加到負載上。開關關著的時候因為沒有電流，所以負載的供給電壓為零。如圖4綠色的波形、V（OUT）可在負載中看到輸出電壓。

圖3 運用PWM信號的降壓電路

圖4 解析結(jié)果 占空比：50％

輸入電壓是直流，通過脈沖信號得到輸出電壓在負載的前端（開關的后端）插入平滑電路，就可以得到如圖4所示的茶色的波形。輸出脈沖的平均值約12V時，直流電壓可以供給負載。

但如果不是12V，而是想得到6V的輸出電壓時，應該怎么做？PWM控制的優(yōu)點實際就在此。只需改變脈沖幅度就可以了。實際上，只需設定占空比為25％就可以得到平均輸出6V的電壓。圖5和圖6表示的是這種情況下的電路和解析結(jié)果。

圖5 運用PWM信號的降壓電路

圖6 解析結(jié)果 占空比約25％

以上結(jié)果標明，降壓電路中，輸入輸出電壓的關系可以表示為：

輸出電壓＝PWM信號的占空比×輸入電壓

也就是說只要改變PWM信號的占空比，就可以得到任意的輸出電壓。接下來介紹在實際產(chǎn)品設計中運用降壓轉(zhuǎn)換器電路驅(qū)動LED的方法。

PWM驅(qū)動電路例子

如圖7所示，在前述的降壓電路中追加線圈、電容、二極管的電路。在這里沒有考慮反饋電路。這里使用的是飛利浦照明的LUXEON系列的LXM3-PW71 LED。LED（負載）的前端插入的線圈和電容構(gòu)成平滑電路，通過轉(zhuǎn)換使得脈沖輸出平均化。線圈前端的二極管即使在開關關著的時候也能持續(xù)向線圈供給電流。降壓轉(zhuǎn)換器通常作為電壓轉(zhuǎn)換電路使用，但是在驅(qū)動LED時，則需要控制電流而不是電壓。