大电流LED调光方法的对比分析

随着ＬＥＤ显示屏的市场不断增长，高对比度变成了一个时髦的词。最近，业内一家电子制造商巨头推出了具备动态ＬＥＤ背光控制的高清晰度７０英寸ＬＣＤ电视，其对比度高达５００，０００：１，耗电量却减少了一半。该公司将如此高的对比度归功于调光技术的采用。

对比度一般都被定义为系统可产生出的最亮色彩（白色）与最暗色彩（黑色）的发光度比率。可以通过控制进入的正向电流来调节ＬＥＤ的亮度级别，即模拟调光。ＬＥＤ的色彩可以随着正向电流的变化而位移，因此对于一些可容忍色彩位移的低档照明系统而言，模拟调光不失为一个合适的选择。但是，对于基于ＬＥＤ的ＬＣＤ显示屏等的高端应用来说，为获得想要的色彩一致性和各种亮度级别，就必须采用更复杂的调光技术。针对高端应用的ＬＥＤ驱动器一般都采用固定频率工作模式与ＰＷＭ调光机制。在ＰＷＭ调光中，ＬＥＤ正向电流以减少的占空比在０％至１００％间转换，以进行亮度控制。然而，ＰＷＭ调光信号的频率必须大于１００Ｈｚ，以免出现闪烁或抖动。为尽量降低可听到噪声和辐射，高端照明系统的调光频率范围一般要求几万赫兹。可是，更高的调光频率将大幅缩小驱动的调光范围，反而降低系统的最大亮度。本文将探讨在固定频率、时间延迟磁滞控制和固定导通时间的降压式ＬＥＤ驱动器中，高频ＰＷＭ调光技术的性能表现，并通过测试数据来衡量不同配置下的性能。

调光范围

在ＰＷＭ调光中，ＬＥＤ正向电流以受控的占空比（ＤＤｉｍ）进行开／关（ＯＮ／ＯＦＦ），以达到想要的亮度级别。ＤＤｉｍ的动态范围定义了ＰＷＭ调光配置所能实现的最大亮度级别。如上所述，ＬＥＤ亮度与ＬＥＤ正向电流成比例，因此，在使用ＰＷＭ调光配置时所得到的最高和最低ＬＥＤ电流平均值分别由式１和式２表示。

ＩＬＥＤ＿Ｍａｘ＝ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ×ＩＬＥＤ　（１）

ＩＬＥＤ＿Ｍｉｎ＝ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ×ＩＬＥＤ　（２）

其中，ＩＬＥＤ为ＬＥＤ电流，ＩＬＥＤ＿Ｍａｘ为ＬＥＤ电流的平均最高值，ＩＬＥＤ＿Ｍｉｎ为ＬＥＤ电流的平均最低值，ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ为最大调光占空比，ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ为最小调光占空比。因此，最高和最低ＬＥＤ明亮的比率，又被看作ＰＷＭ调光范围，用式３表示。

调光范围＝ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ／ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ　（３）

式３表示ＰＷＭ调光范围与最大、最小调光占空比之间的关系。对于给定的调光频率ＦＤｉｍ，ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ表示最大占空比，即ＬＥＤ电流在下一个调光周期开始前，从所需的正向电流降低至零的时间；ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ表示最小占空比，即ＬＥＤ电流由零升至所需的正向电流（ＩＦ）的时间。

可以采用多个不同的电路来实现正向ＬＥＤ电流的开／关切换

在使能调光方案中，ＬＥＤ电流的开／关是通过把开关稳压器或者电源ＦＥＴ驱动器设置成使能（Ｅｎａｂｌｅ）或失效（Ｄｉｓａｂｌｅ）来实现的。使能调光的缺点是调光延迟较大（ｔＤ，ｔＳＵ＆ｔＳＤ）。ｔＤ指需要启动开关稳压器电路所需的时间。如果利用调光信号去开／关电源ＦＥＴ驱动器，而不是去开关稳压器，则可以消除这种延迟。ｔＳＵ和ｔＳＤ指电感器电流上升至所需ＬＥＤ电流，并将电流下降到零电流所需的时间，这种延迟很大程度视乎ＬＥＤ驱动器的传动特性。使能调光方案可以在低调光频率下提供较大的调光范围。但是，由于调光延迟比较大，如果增加调光频率，会明显降低调光范围。

串行调光方案将一个开关与ＬＥＤ串联在一起，这样，ＬＥＤ电流从ＩＦ和零之间的切换将随着串联开关的导通（ＯＮ）和断开（ＯＦＦ）来执行。在这种配置中，当串行开关器导通时，峰值检测器被用来确保电压信号在反馈引脚（ＦＢ）处的连续性。串行调光没有延迟时间ｔＤ和ｔＳＤ，因此要优于使能调光。不过，这种方法的ｔＳＵ较大，在高调光频率下所能达至的调光范围比较小。

并行调光方案把一个分流开关与ＬＥＤ并联在一起。一旦将这个开关设置成ＯＦＦ或ＯＮ，立刻会有电流ＩＦ流进或者流出ＬＥＤ。并行调光能明显减少ｔＤ、ｔＳＵ和ｔＳＤ，因为它可长期维持连续的电感器电流，这个电流的平均值大约等于所需的ＬＥＤ正向电流。因此，这种调光配置适合那些在高调光频率下要求宽调光范围的应用。但是，并行调光必须配合开关稳理器拓朴来使用，因为只有这种布局才可提供连续的输出电感器电流。此外，由于分流开关（ｓｈｕｎｔ　ｓｗｉｔｃｈ）的功率耗散，这种方式将降低整体系统的效率。下文将探讨与固定频率、磁滞和固定导通时间降压式ＬＥＤ驱动器一起工作时，使能调光和并行调光方案的性能。

固定频率降压ＬＥＤ驱动器的调光

固定频率电流模式降压ＬＥＤ驱动器。驱动器可通过选用Ｅｎａｂｌｅ＿Ｄｉｍ控制或Ｓｈｕｎｔ＿Ｄｉｍ控制，配置成使能调光或并行调光。ＬＥＤ驱动器的典型使能调光波形，这些波形是用ＬＭ３０４５（１Ａ的１６ＭＨｚ固定频率ＬＥＤ驱动器）来产生的。