白光LED的PWM驅動(dòng)原理

本文設計一種基于PWM的可調光LED驅動(dòng)電路，可提供LED所需的電壓和電流，且具有色溫高、經(jīng)濟實(shí)用、壽命長(cháng)的特點(diǎn)。白光LED的電學(xué)特性具有很強的離散性，而且白光LED是一種同態(tài)電光源，是一種半導體照明器件。它具有體積小、機械強度大、功耗低、壽命長(cháng)，便于調節和控制以及無(wú)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(dòng)就會(huì )導致工作電流的急劇變化，甚至可能燒壞LED。為了保持LED工作電流穩定，保證LED能正?？煽康墓ぷ?，驅動(dòng)電路設計至關(guān)重要。

　　1 白光LED的電特性

　　1.1 LED發(fā)光強度與電流的關(guān)系

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

　　Ir與If的關(guān)系曲線(xiàn)描述為達到所需的發(fā)光強度，LED應該用多大的電流來(lái)驅動(dòng)。LED發(fā)光強度與正向電流的關(guān)系如圖l所示。圖1中的曲線(xiàn)以紅色發(fā)光LED為例，當正向電流約40 mA時(shí)，紅色LED的發(fā)光強度幾乎不再發(fā)生變化。也就是說(shuō)，只要控制紅色LED陣列的正向電流達到一定值，其發(fā)光強度也就趨向飽和。

　　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(xiàn)。

　　2 LED的PWM驅動(dòng)方式

　　2.1 PWM信號的原理和形成

　　PWM調光基于人眼對亮度閃爍不夠敏感的特性，使負載LED時(shí)亮時(shí)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調光通過(guò)調整亮和暗的時(shí)間比例實(shí)現調整亮度。這種方法通過(guò)把可調占空比和固定頻率的數字信號加到調整亮和暗時(shí)間比例的引腳即可實(shí)現調光，但調光的范圍取決于器件內部電路軟啟動(dòng)或恢復正常工作的速度，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(kāi)與閉合的開(kāi)關(guān)K，從而控制改變LED上的電壓。設當LED接通時(shí)的最大電流為Imax。開(kāi)關(guān)開(kāi)閉周期為T(mén)，每次閉合時(shí)間為t，則當占空比為D=t/T時(shí)，LED的平均電流為：

　　由(1)式可知，當T不變(即開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)頻率同定)時(shí)，只要改變導通時(shí)間t，就可以改變LED兩端的平均電流。從而改變LED的亮度。