led灯调光原理分析对比

看到论坛上有朋友问起LED调光原理，正好手头上有一份这样的资料，发上来大家一起看看。帖子主要对大电流LED调光原理进行了对比分析，是一篇

不错的文章。

一般来说，LED调光技术的运用不仅可以提高对比度，还可以减少耗电量。下面将对大电流LED调光原理进行对比分析。

对比度一般都被定义为系统可产生出的最亮色彩(白色)与最暗色彩(黑色)的发光度比率。可以通过控制进入的正向电流来调节LED的亮度级别，即模拟调光。LED的色彩可以随着正向电流的变化而位移，因此对于一些可容忍色彩位移的低档照明系统而言，模拟调光不失为一个合适的选择。但是，对于基于LED的LCD显示屏等的高端应用来说，为获得想要的色彩一致性和各种亮度级别，就必须采用更复杂的调光技术。针对高端应用的LED驱动器一般都采用固定频率工作模式与PWM调光机制。在PWM调光中，LED正向电流以减少的占空比在0%至100%间转换，以进行亮度控制。然而，PWM调光信号的频率必须大于100Hz，以免出现闪烁或抖动。为尽量降低可听到噪声和辐射，高端照明系统的调光频率范围一般要求几万赫兹。可是，更高的调光频率将大幅缩小驱动的调光范围，反而降低系统的最大亮度。本文将探讨在固定频率、时间延迟磁滞控制和固定导通时间的降压式LED驱动器中，高频PWM调光技术的性能表现，并通过测试数据来衡量不同配置下的性能。

LED调光范围

在PWM调光中，LED正向电流以受控的占空比(DDim)进行开/关(ON/OFF)，以达到想要的亮度级别。DDim的动态范围定义了PWM调光配置所能实现的最大亮度级别。如上所述，LED亮度与LED正向电流成比例，因此，在使用PWM 调光配置时所得到的最高和最低LED电流平均值分别由式1和式2表示。

ILED_Max=DDim_Max×ILE D (1)

ILED_Min=DDim_Min×ILED (2)

其中，ILED为LED电流，ILED_Max为LED电流的平均最高值，ILED_Min 为LED电流的平均最低值，DDim_Max为最大调光占空比，DDim_Min为最小调光占空比。因此，最高和最低LED明亮的比率，又被看作PWM调光范围，用

式3表示。

调光范围=DDim_Max/DDim_Min (3)

式3表示PWM调光范围与最大、最小调光占空比之间的关系。对于给定的调光频率FDim，DDim_Max表示最大占空比，即LED电流在下一个调光周期开始前，从所需的正向电流降低至零的时间;DDim_Min表示最小占空比，即LED电流由零升至所需的正向电流(IF)的时间。

从图1(a)可见，DDim_Max和DDim_Min用式5表示。

DDim_Max=(T-tSD)/T (4)

DDim_Min=(tD+tSU)/T (5)

其中，T为调光周期(T=1/FDim)，tD为从DIM脉冲上升沿到电源FET第一个脉冲之间的延迟，tSU为LED电流从零升至所需电流的上升时间，tSD为从DIM脉冲的下降沿到LED电流等于零之间的下降时间。

图1(a)：最大和最小的PWM调光占空比;图1(b)：最常用的PWM调光配

置。

式4和式5表达了DDim_Max、DDim_Min与LED驱动器的传动(power-train)特性和PWM调光方案之间的关系。下文将讨论几种不同的PWM调光方案。

PWM调光方案

可以采用多个不同的电路来实现正向LED电流的开/关切换，图1(b)是

最常用的PWM调光配置。

在使能调光方案(图1b(A))中，LED电流的开/关是通过把开关稳压器或者电源FET驱动器设置成使能(Enable)或失效(Disable)来实现的。使能调光的缺点是调光延迟较大(tD，tSU&tSD)。tD指需要启动开关稳压器电路所需的时间。如果利用调光信号去开/关电源FET驱动器，而不是去开关稳压器，则可以消除这种延迟。tSU和tSD指电感器电流上升至所需LED电流，并将电流下降到零电流所需的时间，这种延迟很大程度视乎LED驱动器的传动特性。使能调光方案可以在低调光频率下提供较大的调光范围。但是，由于调光延迟比较大，如果增加调光频率，会明显降低调光范围。

串行调光方案(图1b(B))将一个开关与LED串联在一起，这样，LED电流从IF和零之间的切换将随着串联开关的导通(ON)和断开(OFF)来执行。在这种配置中，当串行开关器导通时，峰值检测器被用来确保电压信号在反馈引脚(FB)处的连续性。串行调光没有延迟时间tD和tSD，因此要优于使能调光。不过，这种方法的tSU较大，在高调光频率下所能达至的调光范围比较小。

并行调光方案(图1b(C))把一个分流开关与LED并联在一起。一旦将这个开关设置成OFF或ON，立刻会有电流IF流进或者流出LED。并行调光能明显减少tD、tSU和tSD，因为它可长期维持连续的电感器电流，这个电流的平均值大约等于所需的LED正向电流。因此，这种调光配置适合那些在高调

光频率下要求宽调光范围的应用。但是，并行调光必须配合开关稳理器拓朴来使用，因为只有这种布局才可提供连续的输出电感器电流。此外，由于分流开关(shunt switch)的功率耗散，这种方式将降低整体系统的效率。下文将探讨与固定频率、磁滞和固定导通时间降压式LED驱动器一起工作时，使

能调光和并行调光方案的性能。

固定频率降压LED驱动器的调光

固定频率电流模式降压LED驱动器的简化框图如图2所示。驱动器可通过选用Enable_Dim控制或Shunt_Dim控制，配置成使能调光或并行调光。图3表示图2中的LED驱动器的典型使能调光波形，这些波形是用LM3045(1A 的16MHz固定频率LED驱动器)来产生的。

图2：固定频率的电流模式降压LED驱动器的简化框图。

在图3中，从DIM脉冲的上升沿到电源FET第一个脉冲，大约有50μs 的延迟tD。这个延迟正如前面所说与启动稳压器的电路有关。与LED电流由零到5A的上升时间有关的时延tSU，其测量出来的数值约为25μs，这个延迟很大程度受到了图2中固定频率LED驱动器的固有控制环路频宽限制的影响。tSD也是LED电流下降至零的DIM脉冲下降沿，其数值约为2.5μs。这个延迟则受开关稳压器的电感器大小和LED正向电压降的影响。

图3：图3中LED驱动器的典型使能调光波形(Vin=10V， IF=0.5A，

Fsw=1.6MHz, FDim= 5kHz, DDim=50%)。

图4给出了图2中的LED驱动器的并行调光波形。这种配置可以完全消除tD，因为驱动器会长期处于开关状态。此外，它还可以消除tSD，因为当开关被设置成ON时(Shunt_Dim为高)，电感器电流IL几乎是立刻转向从LED 流入分流开关。另一方面，测度出来的tSU大约为10μs，这仍是一个相对