PWM调节电路介绍及白光LED模组的驱动控制电路设计

0 引言
    由于当前温室效应和能源危机的影响，使得人们对节能技术越来越关注。LED照明具有节能、寿命长等优点，LED照明技术作为新型绿色照明技术，目前的应用日趋广泛。LED的白光照明通常是使用蓝、绿、红三原色多芯片LED模组构成，由于这种LED模组中每种LED芯片的老化特性不同，因此色温会随着时间和温度而发生变化，这就给白光LED的使用带来了限制。本文中分析了对白光LED模组的驱动模式，提出了一种新型白光LED模组驱动电路的设计方案。

1 白光LED模组的驱动
    对于传统光源的驱动方式而言，大都是以恒定电压的形式存在，这就使得传统光源的驱动十分简单。在线性范围内，LED的发光强度与其驱动电流及正向压降成正比，并随着温度而变化，这就需要恒定的电流来驱动LED。除此之外，白光LED模块有一个重要的指标，就是色温。色温以绝对温度K来表示，某光源与黑体的颜色相同时，就把黑体当时的绝对温度称为该光源的色温。白光LED色温取决于所发出的白光中3种色彩成分的构成比例。
    为了调节白光LED模组光源的色温，就需要对白光LED模组里中的蓝、绿、红3个LED芯片的驱动电流进行单独控制，就需要3个独立的恒流驱动电路。目前，恒流驱动电路一般都采用开关模式的PWM控制器来实现，其驱动电流的调节主要分为模拟调节方式和PWM调节方式。
    模拟调节方式是利用PWM控制器来对驱动电流进行调节，以稳定LED的驱动电流，得到稳定的输出光强。由于通常PWM控制器的反馈控制信号是一个电压值，所以模拟调节是利用一个测量电阻对输出驱动电流进行采样，并将其转换为反馈电压信号，通过PWM控制器对反馈电压的稳定，从而达到稳定输出驱动电流的目的，电路原理图如图1所示。

    使用模拟方式调节输出电流来调节LED输出光强的方法存在一个很大的问题：由于LED的输出波长会随着LED的驱动电流改变而发生变化，这样在不同的输出光强下，白光LED模组的色温就会发生变化。为了克服上述的缺点，人们又开发了对LED驱动电流的PWM调节方式。

2 LED驱动电流的PWM调节方式
    PWM调节方式是指在1个周期内使用特定占空比的脉冲驱动波形来驱动LED的方式。LED的平均驱动电流取决于脉冲波形的占空比和LED额定驱动电流，在固定LED额定驱动电流的情况下，通过改变占空比，就可以改变LED的平均驱动电流，从而改变LED的输出光强度。为了避免闪烁效果，通常脉冲波形的频率要大于200 Hz。凌力尔特公司的LED驱动芯片LT3474是一种额定输出电流可调的LED恒流驱动控制芯片，最大驱动电流可以达到1 A。它提供了2种驱动方式：模拟调节方式和PWM调节方式。在PWM调节方式下，利用改变外加的PWM信号的占空比，可以实现400：1的调光比。其PWM调节方式的典型应用电路如图2所示，其中外加PWM控制信号由PWM管脚施加。

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    图3所示为在PWM调节方式下，外加PWM脉冲驱动信号和输出驱动电流的测量结果。从图3中可以清楚地观察到LED驱动电流是受外加PWM信号的控制。其中REF管脚的输出参考电压为1．25 V，如果将VADJ与REF管脚短接，则输出的额定LED驱动电流为最大输出电流(1 A)。对LED的额定驱动电流ILED的调节是通过改变VADJ管脚的电压而实现，可以通过将REF所输出的1．25 V参考电压分压而完成。输出LED的额定电流由下式得到：
   
    而LED的平均电流则由下式得到：
   
式中：DDIM为外加PWM信号的占空比。

3 色温可调的白光驱动电路设计
    为了稳定LED输出光的光强、色温，并实现光强、色温的调节，设计了一种白光LED模组驱动电路，其框图如图4所示，其中使用了分别带有蓝、绿、红滤光片的光强探测器对构成白光LED模组的3种LED光强进行监控，并通过AVR单片机的控制，改变相应的PWM控制信号的占空比，稳定蓝、绿、红3个LED的光强，就稳定了白光LED模组的光强和色温，其中每路LED的驱动电路中都使用了LT3474作为驱动控制芯片。

    对输出白光的调节，可以分为光强和色温调节。如果只是改变光强，则等比例地改变3个LED驱动电路中PWM信号的占空比；如果需要改变色温，则通过对蓝、绿、红LED使用不同占空比进行控制，从而实现白光中3种色彩成分比例的调节而调节色温。当然，也可以同时对输出光强和色温进行调节。通过该电路，就真正实现了对白光LED模组的光强和色温的实时控制，而且由于使用了光强探测器的反馈控制，克服由于LED老化而引起的光强、色温变化，并可以根据个人喜好调节LED灯具的光强和色温，达到了良好的照明效果。

4 结语
    本文讨论了LED驱动的2种调节方式，介绍了PWM调节的电路，并提出了一种白光LED模组的驱动控制电路，通过利用三色光强探测器，实现了对光强和色温的实时调节控制。该电路可以克服由于LED老化而引起的光强、色温变化，并可以根据个人喜好调节LED灯具的光强和色温，达到了良好的照明效果。