led照明电路 LED照明设计(4)脉冲调制PWM电路详解

(摘自MONOist )（CCS编译）

CYBERNET 应用系统事业部

LED照明设计(1)LED照明基础

LED照明设计(2)不可或缺的“散热解决方案”

LED照明设计(3)LED电特性及简单驱动电路

LED照明设计(4)脉冲调制PWM电路详解

LED照明作为新一代照明受到了广泛的关注。仅仅依靠LED封装并不能制作出好的照明灯具。本文主要从电子电路、热分析、光学方面阐述了如何运用LED特性进行设计。

在上一期的“LED驱动电路设计－基础篇”中，介绍了LED的电子特性和基本的驱动电路。遗憾的是，阻抗型驱动电路和恒电流源型驱动电路，大范围输入电压和大电流中性能并不强，有时并不能发挥出LED的性能。相反led照明电路，用脉冲调制方法驱动LED电路led照明电路，能够发挥LED的多个优点。这次主要针对运用脉冲调制的驱动电路进行说明。

PWM是什么？

脉冲调制英文表示是Pulse Width Modulation，简称PWM。PWM是调节脉冲波占空比的一种方式。如图1所示，脉冲的占空比可以用脉冲周期、On-time、Off-time表示，如下公式：

占空比＝On-time（脉冲的High时间）/ 脉冲的一个周期（On-time + Off-time）

Tsw（一周期）可以是开关周期，也可以是Fsw=1/Tsw的开关频率。

图1 Pulse Width Modulation (PWM)

在运用PWM的驱动电路中，可以通过增减占空比，控制脉冲一个周期的平均值。运用该原理，如果能控制电路上的开关设计（半导体管、MOSFET、IGBT等）的打开时间（关闭时间），就能够调节LED电流的效率。这就是接下来要介绍的PWM控制。

PWM信号的应用

PWM控制电路的一个特征是只要改变脉冲幅度就能控制各种输出。图2的降压电路帮助理解PWM的控制原理。在这个电路中，将24V的输入电压转换成12V，需要增加负载。负载就是单纯的阻抗。电压转换电路的方法有很多，运用PWM信号的效果如何呢？

图2 降压电路

在图2的降压电路中取PWM控制电路，如图3所示。MOSFEL作为开关设计使用。当PWM信号的转换频率数为20kHz时，转换周期为50μs。PWM信号为High的时候，开关为On，电流从输入端流经负载。当PWM信号处于Low状态时，开关Off，没有输入和输出，电流也断掉。

这里尝试将PWM信号的占空比固定在50％，施加在开关中。

开关开着的时候电流和电压施加到负载上。开关关着的时候因为没有电流，所以负载的供给电压为零。如图4绿色的波形、V（OUT）可在负载中看到输出电压。

图3 运用PWM信号的降压电路

图4 解析结果 占空比：50％

输入电压是直流，通过脉冲信号得到输出电压在负载的前端（开关的后端）插入平滑电路，就可以得到如图4所示的茶色的波形。输出脉冲的平均值约12V时，直流电压可以供给负载。

但如果不是12V，而是想得到6V的输出电压时，应该怎么做？PWM控制的优点实际就在此。只需改变脉冲幅度就可以了。实际上，只需设定占空比为25％就可以得到平均输出6V的电压。图5和图6表示的是这种情况下的电路和解析结果。

图5 运用PWM信号的降压电路

图6 解析结果 占空比约25％

以上结果标明，降压电路中，输入输出电压的关系可以表示为：

输出电压＝PWM信号的占空比×输入电压

也就是说只要改变PWM信号的占空比，就可以得到任意的输出电压。接下来介绍在实际产品设计中运用降压转换器电路驱动LED的方法。

PWM驱动电路例子

如图7所示，在前述的降压电路中追加线圈、电容、二极管的电路。在这里没有考虑反馈电路。这里使用的是飞利浦照明的LUXEON系列的LXM3-PW71 LED。LED（负载）的前端插入的线圈和电容构成平滑电路，通过转换使得脉冲输出平均化。线圈前端的二极管即使在开关关着的时候也能持续向线圈供给电流。降压转换器通常作为电压转换电路使用，但是在驱动LED时，则需要控制电流而不是电压。