白光LED的PWM驅動原理

本文設計一種基於PWM的可調光LED驅動電路，可提供LED所需的電壓和電流，且具有色溫高、經濟實用、壽命長的特點。白光LED的電學特性具有很強的離散性，而且白光LED是一種同態電光源，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，便於調節和控制以及無汙染等特徵，是一種有極大發展前景的新型光源產品。但由於白光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就會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能正常可靠的工作，驅動電路設計至關重要。

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　　1 白光LED的電特性

　　1.1 LED發光強度與電流的關係

　　LED器件在極限工作電流範圍內發光強度隨正向電流的增加而增加，但不同半導體材料製成的LED器件，其發光強度與正向電流的變化關係有所不同。從總體上看，發光強度Ir都是隨著正向電流If的增加而增加的。

　　Ir與If的關係曲線描述為達到所需的發光強度，LED應該用多大的電流來驅動。LED發光強度與正向電流的關係如圖l所示。圖1中的曲線以紅色發光LED為例，當正向電流約40 mA時，紅色LED的發光強度幾乎不再發生變化。也就是說，只要控制紅色LED陣列的正向電流達到一定值，其發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。

　　2 LED的PWM驅動方式

　　2.1 PWM信號的原理和形成

　　PWM調光基於人眼對亮度閃爍不夠敏感的特性，使負載LED時亮時暗，如果亮暗的頻率超過100 Hz，人眼看到的就是平均亮度，而不是LED的閃爍。PWM調光通過調整亮和暗的時間比例實現調整亮度。這種方法通過把可調佔空比和固定頻率的數位訊號加到調整亮和暗時間比例的引腳即可實現調光，但調光的範圍取決於器件內部電路軟啟動或恢復正常工作的速度，因而範圍不是很寬。

　　PWM原理是以一固定直流電壓經過以一定頻率打開與閉合的開關K，從而控制改變LED上的電壓。設當LED接通時的最大電流為Imax。開關開閉周期為T，每次閉合時間為t，則當佔空比為D=t/T時，LED的平均電流為：

　　

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