LED驅(qū)動電路的脈沖調(diào)制PWM電路設(shè)計(jì)

　　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(shí)際產(chǎn)品設(shè)計(jì)中運(yùn)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(fù)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(guān)關(guān)著的時(shí)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(shí),則需要控制電流而不是電壓。

　　圖7 PWM驅(qū)動電路降壓轉(zhuǎn)換的例子

　　認(rèn)圖7的電路構(gòu)成。當(dāng)脈沖信號處于On的狀態(tài),也就是開關(guān)設(shè)計(jì)處于On的狀態(tài)時(shí),電流按照輸入信號-開關(guān)-線圈-負(fù)載的順序流動。當(dāng)開關(guān)設(shè)計(jì)處于Off的狀態(tài)時(shí),電流按照二極管-線圈-負(fù)載的順序流動。因此要控制線圈中的電流實(shí)際上等同于控制LED中的電流。

　　在正極和負(fù)極間施加3.0V的電壓的話,可以從數(shù)據(jù)庫中看到,LXM3-PW71的電流約350mA。輸入電壓為12V時(shí),設(shè)定脈沖波的占空比為25%(12V×0.25=3V),就能得到3V的電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率數(shù)為100kHz時(shí),轉(zhuǎn)換周期為10μs,脈沖幅度為2.5μs。但是,負(fù)載只在順阻抗的情況下成立,實(shí)際在負(fù)載中運(yùn)用LED時(shí),根據(jù)電流大小負(fù)載特性也有變化,電流約為350mA時(shí),脈沖幅度調(diào)制約為3.36μs。驗(yàn)證電路的結(jié)果如圖8所示。

　　圖8 PWM驅(qū)動電路的驗(yàn)證結(jié)果

　　LED中的電流發(fā)生變化,線圈中的電流也變化。通過傳感電路檢測線圈電流的變化,只要控制開關(guān)的打開時(shí)間,就能夠使得LED負(fù)載中的電流恒定。增加PWM的占空比,就能增加LED中的電流,也能增加亮度。比較阻抗驅(qū)動型電路和恒定電流源型驅(qū)動電路,改變PWM的占空比比改變阻抗值和電路常量更高效,也因此能了解PWM控制的便利性。

　　這次介紹的降壓轉(zhuǎn)換器運(yùn)用于LED驅(qū)動 中需要電壓比輸入電壓低的情況。根據(jù)照明燈具、用途不同,有時(shí)需要同時(shí)驅(qū)動多個(gè)LED,這樣會出現(xiàn)所有的LED驅(qū)動中的必需電壓比輸入電壓高。這種情況下,就需要使用能夠制作比輸入電壓高的電壓的升壓轉(zhuǎn)換器。

　　在LED照明中,有效利用電力的同時(shí)還需要小型化。照明燈具中,將輸入電壓轉(zhuǎn)為LED驅(qū)動電壓的時(shí)候,會出現(xiàn)轉(zhuǎn)換損耗,轉(zhuǎn)換損耗越大越容易引起熱的問題。同時(shí),如果開關(guān)頻率數(shù)增加,變壓器和線圈會變小,雖然整個(gè)線路板能夠?qū)崿F(xiàn)小型化,但由于高開關(guān)頻率數(shù)會導(dǎo)致轉(zhuǎn)換損耗,出現(xiàn)高次諧波問題。因此,在LED的PWM驅(qū)動電路中,力爭實(shí)現(xiàn)高效和少零部件。

　　為了保持照明燈具的亮度穩(wěn)定或者調(diào)節(jié)亮度,需要在傳感器 中檢測負(fù)載電流、進(jìn)行控制演算、調(diào)整脈沖的占空比的反饋控制電路。本文沒有對反饋控制電路進(jìn)行介紹,但是值得注意的是,反饋控制電路包含電壓控制、遲滯控制、類似遲滯控制、電流控制等多種。各種控制方式有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn),需要我們根據(jù)照明燈具的作法和適用的電路方式選擇最佳的控制方式。