LED亮度调节：高频PWM调光

在这篇文章中，我将详细介绍 PWM 调光以及如何使其频率足够快以减少其对人类或其他生物的影响。

让我们回顾一下为什么在某些应用（例如尾灯）中，PWM 调光优于模拟调光。LED 的亮度和颜色取决于流过的电流。一旦电流发生变化，亮度和颜色也会相应变化。由于流动的电流电平变化，一些较旧的红色 LED 甚至可能从红色变为橙色。这在需要根据政府规定进行精确颜色控制的尾灯中是不可取的。PWM 调光的概念是通过快速打开和关闭 LED（以高于 100Hz 的频率）来利用人眼的缓慢响应，而不改变开启期间流过的 LED 电流。由于人眼对任何高于 30 Hz 的频率都没有反应，因此亮度似乎根据人眼看到的 PWM 信号的占空比呈线性变化。

虽然 PWM 调光在 LED 亮度控制方面具有优势，但是否有任何缺点？是的：它归结为 PWM 调光的光质量及其对不同物体的影响。PWM 调光涉及频率。低频调光在 100Hz 至 2kH 范围内，使人能够（微妙地）感知并引起眼睛疲劳或疲劳。如果调光频率在此范围内，则在拍照或录制视频时可能会出现条带效应。PWM 调光还可以产生频闪效应，即当移动/旋转物体看起来静止时。简而言之，要使用 PWM 调光并避免其缺点，我们应该将 PWM 调光频率设置为高于 2kHz。

为了实现高频调光，大多数 LED 驱动器都有一个 PWM 调光输入。然而，LED 驱动器的带宽限制了调光频率和对比度。对于使用 DC-DC 转换架构的固定频率开关模式电源型 LED 驱动器，环路带宽通常设计为 50kHz 或以下。在 2kHz PWM 调光频率下，这将对比度限制在 25 比 1 左右。要获得更好的对比度，我们必须使用较低的 PWM 调光频率或尝试进一步增加环路带宽。

将开关并联到 LED 上怎么样？当开关关闭时，电流流过 LED 并发光；当开关打开时，电流流过开关，没有光。这种方法称为并联 FET 调光。我们将需要一个快速响应的 LED 驱动器，该驱动器能够实现负载的突然变化，同时保持良好的电流调节并防止电流过冲损坏 LED。由于具有不形成反馈回路的迟滞转换器或恒定导通时间转换器的特性，对输出电压变化的响应速度很快，负载变化是即时的。通过对这些类型的驱动器使用分流 FET 调光，无论调光开关是打开还是关闭，电流都会持续流动并进行相应的调节。从光输出的角度来看，亮度取决于开关关闭时间的占空比。因此，我们可以根据高频 (>2kHz) PWM 信号的占空比实现线性亮度变化。

为了通过分流 FET 调光方法实现高频 PWM 调光，TI 提供了快速响应的 LED 驱动器，例如LM3409，一种受控关断时间迟滞 PFET 降压 LED 控制器，●LM3409、LM3409-Q1、M3409HV和LM3409HV-Q1是用于降压（buck）稳压器的P沟道MOSFET（PFET）控制器。它们提供宽输入电压范围、高侧差分电流检测、可调阈值电压和快速输出启用/禁用功能，以及热增强10引脚HVSSOP封装。这些特性结合在一起，使LM3409系列设备成为驱动LED的恒流源的理想选择，在这种情况下，正向电流可达5 A是很容易实现的。
●LM3409设备使用恒定的关闭时间（COFT控制，无需外部控制loo补偿即可调节精确的恒定电流。模拟和PWM调光易于实现，并形成高度线性调光范围，具有出色的对比度可编程UVLO、低功耗关机和热关机功能集。

例如TPS92641，导通时间同步降压控制器的常数TPS92640和TPS92641设备为高压，降压电流调节器的同步NFET控制器输出电流调节基于谷电流模式操作，使用受控的开启时间结构。该控制方法简化了环路补偿的设计，同时保持接近恒定的开关频率。TPS92640和TPS92641设备包括高压启动可在7 V至85 V宽输入范围内工作的调节器PWM控制器专为高速性能而设计，包括高达1 MHz的振荡器频率范围，优化了高压侧和低压侧栅极驱动器之间的死区时间，以在较宽的输入工作电压和输出功率范围内提供非常高的效率TPS92640和TPS92641设备可同时接受模拟和PWM输入信号，从而产生异常的调光控制范围。输入命令和LED电流之间的线性响应特性通过使用低偏移误差放大器和专有PWM调光逻辑的真正零LED电流实现。这两种装置还包括能够向低功耗微控制器提供电流的精密基准。保护功能包括逐周期电流保护、过压保护和热关机。TPS92641设备包括用于高分辨率PWM调光的分流FET调光输入和MOSFET驱动器。

TPS92515，单片2A受控断开时间磁滞降压LED转换器。所有这些器件都可以很好地与分流 FET 调光配合使用，并且由于它们的小板尺寸和高功率转换效率而表现出卓越的性能。使用迟滞 LED 驱动器的分流 FET 调光是通过启用高频 PWM 调光来提高 LED 照明质量的方法。