LED亮度調(diào)節(jié)：高頻PWM調(diào)光

在這篇文章中，我將詳細(xì)介紹 PWM 調(diào)光以及如何使其頻率足夠快以減少其對人類或其他生物的影響。

讓我們回顧一下為什么在某些應(yīng)用（例如尾燈）中，PWM 調(diào)光優(yōu)于模擬調(diào)光。LED 的亮度和顏色取決于流過的電流。一旦電流發(fā)生變化，亮度和顏色也會相應(yīng)變化。由于流動的電流電平變化，一些較舊的紅色 LED 甚至可能從紅色變?yōu)槌壬＿@在需要根據(jù)政府規(guī)定進(jìn)行精確顏色控制的尾燈中是不可取的。PWM 調(diào)光的概念是通過快速打開和關(guān)閉 LED（以高于 100Hz 的頻率）來利用人眼的緩慢響應(yīng)，而不改變開啟期間流過的 LED 電流。由于人眼對任何高于 30 Hz 的頻率都沒有反應(yīng)，因此亮度似乎根據(jù)人眼看到的 PWM 信號的占空比呈線性變化。

雖然 PWM 調(diào)光在 LED 亮度控制方面具有優(yōu)勢，但是否有任何缺點(diǎn)？是的：它歸結(jié)為 PWM 調(diào)光的光質(zhì)量及其對不同物體的影響。PWM 調(diào)光涉及頻率。低頻調(diào)光在 100Hz 至 2kH 范圍內(nèi)，使人能夠（微妙地）感知并引起眼睛疲勞或疲勞。如果調(diào)光頻率在此范圍內(nèi)，則在拍照或錄制視頻時(shí)可能會出現(xiàn)條帶效應(yīng)。PWM 調(diào)光還可以產(chǎn)生頻閃效應(yīng)，即當(dāng)移動/旋轉(zhuǎn)物體看起來靜止時(shí)。簡而言之，要使用 PWM 調(diào)光并避免其缺點(diǎn)，我們應(yīng)該將 PWM 調(diào)光頻率設(shè)置為高于 2kHz。

為了實(shí)現(xiàn)高頻調(diào)光，大多數(shù) LED 驅(qū)動器都有一個(gè) PWM 調(diào)光輸入。然而，LED 驅(qū)動器的帶寬限制了調(diào)光頻率和對比度。對于使用 DC-DC 轉(zhuǎn)換架構(gòu)的固定頻率開關(guān)模式電源型 LED 驅(qū)動器，環(huán)路帶寬通常設(shè)計(jì)為 50kHz 或以下。在 2kHz PWM 調(diào)光頻率下，這將對比度限制在 25 比 1 左右。要獲得更好的對比度，我們必須使用較低的 PWM 調(diào)光頻率或嘗試進(jìn)一步增加環(huán)路帶寬。

將開關(guān)并聯(lián)到 LED 上怎么樣？當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，電流流過 LED 并發(fā)光；當(dāng)開關(guān)打開時(shí)，電流流過開關(guān)，沒有光。這種方法稱為并聯(lián) FET 調(diào)光。我們將需要一個(gè)快速響應(yīng)的 LED 驅(qū)動器，該驅(qū)動器能夠?qū)崿F(xiàn)負(fù)載的突然變化，同時(shí)保持良好的電流調(diào)節(jié)并防止電流過沖損壞 LED。由于具有不形成反饋回路的遲滯轉(zhuǎn)換器或恒定導(dǎo)通時(shí)間轉(zhuǎn)換器的特性，對輸出電壓變化的響應(yīng)速度很快，負(fù)載變化是即時(shí)的。通過對這些類型的驅(qū)動器使用分流 FET 調(diào)光，無論調(diào)光開關(guān)是打開還是關(guān)閉，電流都會持續(xù)流動并進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)節(jié)。從光輸出的角度來看，亮度取決于開關(guān)關(guān)閉時(shí)間的占空比。因此，我們可以根據(jù)高頻 (>2kHz) PWM 信號的占空比實(shí)現(xiàn)線性亮度變化。

為了通過分流 FET 調(diào)光方法實(shí)現(xiàn)高頻 PWM 調(diào)光，TI 提供了快速響應(yīng)的 LED 驅(qū)動器，例如LM3409，一種受控關(guān)斷時(shí)間遲滯 PFET 降壓 LED 控制器，●LM3409、LM3409-Q1、M3409HV和LM3409HV-Q1是用于降壓（buck）穩(wěn)壓器的P溝道MOSFET（PFET）控制器。它們提供寬輸入電壓范圍、高側(cè)差分電流檢測、可調(diào)閾值電壓和快速輸出啟用/禁用功能，以及熱增強(qiáng)10引腳HVSSOP封裝。這些特性結(jié)合在一起，使LM3409系列設(shè)備成為驅(qū)動LED的恒流源的理想選擇，在這種情況下，正向電流可達(dá)5 A是很容易實(shí)現(xiàn)的。
●LM3409設(shè)備使用恒定的關(guān)閉時(shí)間（COFT控制，無需外部控制loo補(bǔ)償即可調(diào)節(jié)精確的恒定電流。模擬和PWM調(diào)光易于實(shí)現(xiàn)，并形成高度線性調(diào)光范圍，具有出色的對比度可編程UVLO、低功耗關(guān)機(jī)和熱關(guān)機(jī)功能集。

例如TPS92641，導(dǎo)通時(shí)間同步降壓控制器的常數(shù)TPS92640和TPS92641設(shè)備為高壓，降壓電流調(diào)節(jié)器的同步NFET控制器輸出電流調(diào)節(jié)基于谷電流模式操作，使用受控的開啟時(shí)間結(jié)構(gòu)。該控制方法簡化了環(huán)路補(bǔ)償?shù)脑O(shè)計(jì)，同時(shí)保持接近恒定的開關(guān)頻率。TPS92640和TPS92641設(shè)備包括高壓啟動可在7 V至85 V寬輸入范圍內(nèi)工作的調(diào)節(jié)器PWM控制器專為高速性能而設(shè)計(jì)，包括高達(dá)1 MHz的振蕩器頻率范圍，優(yōu)化了高壓側(cè)和低壓側(cè)柵極驅(qū)動器之間的死區(qū)時(shí)間，以在較寬的輸入工作電壓和輸出功率范圍內(nèi)提供非常高的效率TPS92640和TPS92641設(shè)備可同時(shí)接受模擬和PWM輸入信號，從而產(chǎn)生異常的調(diào)光控制范圍。輸入命令和LED電流之間的線性響應(yīng)特性通過使用低偏移誤差放大器和專有PWM調(diào)光邏輯的真正零LED電流實(shí)現(xiàn)。這兩種裝置還包括能夠向低功耗微控制器提供電流的精密基準(zhǔn)。保護(hù)功能包括逐周期電流保護(hù)、過壓保護(hù)和熱關(guān)機(jī)。TPS92641設(shè)備包括用于高分辨率PWM調(diào)光的分流FET調(diào)光輸入和MOSFET驅(qū)動器。

TPS92515，單片2A受控?cái)嚅_時(shí)間磁滯降壓LED轉(zhuǎn)換器。所有這些器件都可以很好地與分流 FET 調(diào)光配合使用，并且由于它們的小板尺寸和高功率轉(zhuǎn)換效率而表現(xiàn)出卓越的性能。使用遲滯 LED 驅(qū)動器的分流 FET 調(diào)光是通過啟用高頻 PWM 調(diào)光來提高 LED 照明質(zhì)量的方法。