大電流LED調光方法的對比分析

隨著ＬＥＤ顯示屏的市場不斷增長，高對比度變成了一個時髦的詞。最近，業(yè)內一家電子制造商巨頭推出了具備動態(tài)ＬＥＤ背光控制的高清晰度７０英寸ＬＣＤ電視，其對比度高達５００，０００：１，耗電量卻減少了一半。該公司將如此高的對比度歸功于調光技術的采用。

對比度一般都被定義為系統(tǒng)可產(chǎn)生出的最亮色彩（白色）與最暗色彩（黑色）的發(fā)光度比率?？梢酝ㄟ^控制進入的正向電流來調節(jié)ＬＥＤ的亮度級別，即模擬調光。ＬＥＤ的色彩可以隨著正向電流的變化而位移，因此對于一些可容忍色彩位移的低檔照明系統(tǒng)而言，模擬調光不失為一個合適的選擇。但是，對于基于ＬＥＤ的ＬＣＤ顯示屏等的高端應用來說，為獲得想要的色彩一致性和各種亮度級別，就必須采用更復雜的調光技術。針對高端應用的ＬＥＤ驅動器一般都采用固定頻率工作模式與ＰＷＭ調光機制。在ＰＷＭ調光中，ＬＥＤ正向電流以減少的占空比在０％至１００％間轉換，以進行亮度控制。然而，ＰＷＭ調光信號的頻率必須大于１００Ｈｚ，以免出現(xiàn)閃爍或抖動。為盡量降低可聽到噪聲和輻射，高端照明系統(tǒng)的調光頻率范圍一般要求幾萬赫茲?？墒牵叩恼{光頻率將大幅縮小驅動的調光范圍，反而降低系統(tǒng)的最大亮度。本文將探討在固定頻率、時間延遲磁滯控制和固定導通時間的降壓式ＬＥＤ驅動器中，高頻ＰＷＭ調光技術的性能表現(xiàn)，并通過測試數(shù)據(jù)來衡量不同配置下的性能。

調光范圍

在ＰＷＭ調光中，ＬＥＤ正向電流以受控的占空比（ＤＤｉｍ）進行開／關（ＯＮ／ＯＦＦ），以達到想要的亮度級別。ＤＤｉｍ的動態(tài)范圍定義了ＰＷＭ調光配置所能實現(xiàn)的最大亮度級別。如上所述，ＬＥＤ亮度與ＬＥＤ正向電流成比例，因此，在使用ＰＷＭ調光配置時所得到的最高和最低ＬＥＤ電流平均值分別由式１和式２表示。

ＩＬＥＤ＿Ｍａｘ＝ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ×ＩＬＥＤ?。ǎ保?/p>

ＩＬＥＤ＿Ｍｉｎ＝ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ×ＩＬＥＤ　（２）

其中，ＩＬＥＤ為ＬＥＤ電流，ＩＬＥＤ＿Ｍａｘ為ＬＥＤ電流的平均最高值，ＩＬＥＤ＿Ｍｉｎ為ＬＥＤ電流的平均最低值，ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ為最大調光占空比，ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ為最小調光占空比。因此，最高和最低ＬＥＤ明亮的比率，又被看作ＰＷＭ調光范圍，用式３表示。

調光范圍＝ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ／ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ?。ǎ常?/p>

式３表示ＰＷＭ調光范圍與最大、最小調光占空比之間的關系。對于給定的調光頻率ＦＤｉｍ，ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ表示最大占空比，即ＬＥＤ電流在下一個調光周期開始前，從所需的正向電流降低至零的時間；ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ表示最小占空比，即ＬＥＤ電流由零升至所需的正向電流（ＩＦ）的時間。

可以采用多個不同的電路來實現(xiàn)正向ＬＥＤ電流的開／關切換

在使能調光方案中，ＬＥＤ電流的開／關是通過把開關穩(wěn)壓器或者電源ＦＥＴ驅動器設置成使能（Ｅｎａｂｌｅ）或失效（Ｄｉｓａｂｌｅ）來實現(xiàn)的。使能調光的缺點是調光延遲較大（ｔＤ，ｔＳＵ＆ｔＳＤ）。ｔＤ指需要啟動開關穩(wěn)壓器電路所需的時間。如果利用調光信號去開／關電源ＦＥＴ驅動器，而不是去開關穩(wěn)壓器，則可以消除這種延遲。ｔＳＵ和ｔＳＤ指電感器電流上升至所需ＬＥＤ電流，并將電流下降到零電流所需的時間，這種延遲很大程度視乎ＬＥＤ驅動器的傳動特性。使能調光方案可以在低調光頻率下提供較大的調光范圍。但是，由于調光延遲比較大，如果增加調光頻率，會明顯降低調光范圍。

串行調光方案將一個開關與ＬＥＤ串聯(lián)在一起，這樣，ＬＥＤ電流從ＩＦ和零之間的切換將隨著串聯(lián)開關的導通（ＯＮ）和斷開（ＯＦＦ）來執(zhí)行。在這種配置中，當串行開關器導通時，峰值檢測器被用來確保電壓信號在反饋引腳（ＦＢ）處的連續(xù)性。串行調光沒有延遲時間ｔＤ和ｔＳＤ，因此要優(yōu)于使能調光。不過，這種方法的ｔＳＵ較大，在高調光頻率下所能達至的調光范圍比較小。

并行調光方案把一個分流開關與ＬＥＤ并聯(lián)在一起。一旦將這個開關設置成ＯＦＦ或ＯＮ，立刻會有電流ＩＦ流進或者流出ＬＥＤ。并行調光能明顯減少ｔＤ、ｔＳＵ和ｔＳＤ，因為它可長期維持連續(xù)的電感器電流，這個電流的平均值大約等于所需的ＬＥＤ正向電流。因此，這種調光配置適合那些在高調光頻率下要求寬調光范圍的應用。但是，并行調光必須配合開關穩(wěn)理器拓樸來使用，因為只有這種布局才可提供連續(xù)的輸出電感器電流。此外，由于分流開關（ｓｈｕｎｔ?。螅鳎椋簦悖瑁┑墓β屎纳ⅲ@種方式將降低整體系統(tǒng)的效率。下文將探討與固定頻率、磁滯和固定導通時間降壓式ＬＥＤ驅動器一起工作時，使能調光和并行調光方案的性能。

固定頻率降壓ＬＥＤ驅動器的調光

固定頻率電流模式降壓ＬＥＤ驅動器。驅動器可通過選用Ｅｎａｂｌｅ＿Ｄｉｍ控制或Ｓｈｕｎｔ＿Ｄｉｍ控制，配置成使能調光或并行調光。ＬＥＤ驅動器的典型使能調光波形，這些波形是用ＬＭ３０４５（１Ａ的１６ＭＨｚ固定頻率ＬＥＤ驅動器）來產(chǎn)生的。