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1、PWM控制電路設(shè)計CYBERNET應(yīng)用系統(tǒng)事業(yè)部LED照明作為新一代照明受到了廣泛的關(guān)注。僅僅依靠LED封裝并不能制作出好的照明燈具。本文主要從電子電路、熱分析、光學(xué)方面闡述了如何運用LED特性進(jìn)行設(shè)計。在上一期的“LED驅(qū)動電路設(shè)計－基礎(chǔ)篇”中，介紹了LED的電子特性和基本的驅(qū)動電路。遺憾的是，阻抗型驅(qū)動電路和恒電流源型驅(qū)動電路，大范圍輸入電壓和大電流中性能并不強，有時并不能發(fā)揮出LED的性能。相反，用脈沖調(diào)制方法驅(qū)動LED電路，能夠發(fā)揮LED的多個優(yōu)點。這次主要針對運用脈沖調(diào)制的驅(qū)動電路進(jìn)行說明。PWM是什么？脈沖調(diào)制英文表示是Pulse
2、WidthModulation，簡稱PWM。PWM是調(diào)節(jié)脈沖波占空比的一種方式。如圖1所示，脈沖的占空比可以用脈沖周期、On-time、Off-time表示，如下公式：占空比＝On-time（脈沖的High時間）/脈沖的一個周期（On-time+Off-time）Tsw（一周期）可以是開關(guān)周期，也可以是Fsw=1/Tsw的開關(guān)頻率。圖1PulseWidthModulation(PWM)在運用PWM的驅(qū)動電路中，可以通過增減占空比，控制脈沖一個周期的平均值。運用該原理，如果能控制電路上的開關(guān)設(shè)計（半導(dǎo)體管、MOSFET、IGBT等）的打開時間（
3、關(guān)閉時間），就能夠調(diào)節(jié)LED電流的效率。這就是接下來要介紹的PWM控制。PWM信號的應(yīng)用PWM控制電路的一個特征是只要改變脈沖幅度就能控制各種輸出。圖2的降壓電路幫助理解PWM的控制原理。在這個電路中，將24V的輸入電壓轉(zhuǎn)換成12V，需要增加負(fù)載。負(fù)載就是單純的阻抗。電壓轉(zhuǎn)換電路的方法有很多，運用PWM信號的效果如何呢？圖2降壓電路在圖2的降壓電路中取PWM控制電路，如圖3所示。MOSFEL作為開關(guān)設(shè)計使用。當(dāng)PWM信號的轉(zhuǎn)換頻率數(shù)為20kHz時，轉(zhuǎn)換周期為50μs。PWM信號為High的時候，開關(guān)為On，電流從輸入端流經(jīng)負(fù)載。當(dāng)PWM信號處
4、于Low狀態(tài)時，開關(guān)Off，沒有輸入和輸出，電流也斷掉。這里嘗試將PWM信號的占空比固定在50％，施加在開關(guān)中。開關(guān)開著的時候電流和電壓施加到負(fù)載上。開關(guān)關(guān)著的時候因為沒有電流，所以負(fù)載的供給電壓為零。如圖4綠色的波形、V（OUT）可在負(fù)載中看到輸出電壓。圖3運用PWM信號的降壓電路圖4解析結(jié)果占空比：50％輸入電壓是直流，通過脈沖信號得到輸出電壓在負(fù)載的前端（開關(guān)的后端）插入平滑電路，就可以得到如圖4所示的茶色的波形。輸出脈沖的平均值約12V時，直流電壓可以供給負(fù)載。但如果不是12V，而是想得到6V的輸出電壓時，應(yīng)該怎么做？PWM控制的優(yōu)點
5、實際就在此。只需改變脈沖幅度就可以了。實際上，只需設(shè)定占空比為25％就可以得到平均輸出6V的電壓。圖5和圖6表示的是這種情況下的電路和解析結(jié)果。圖5運用PWM信號的降壓電路圖6解析結(jié)果占空比約25％以上結(jié)果標(biāo)明，降壓電路中，輸入輸出電壓的關(guān)系可以表示為：輸出電壓＝PWM信號的占空比×輸入電壓也就是說只要改變PWM信號的占空比，就可以得到任意的輸出電壓。接下來介紹在實際產(chǎn)品設(shè)計中運用降壓轉(zhuǎn)換器電路驅(qū)動LED的方法。PWM驅(qū)動電路例子如圖7所示，在前述的降壓電路中追加線圈、電容、二極管的電路。在這里沒有考慮反饋電路。這里使用的是飛利浦照明的LUX
6、EON系列的LXM3-PW71LED。LED（負(fù)載）的前端插入的線圈和電容構(gòu)成平滑電路，通過轉(zhuǎn)換使得脈沖輸出平均化。線圈前端的二極管即使在開關(guān)關(guān)著的時候也能持續(xù)向線圈供給電流。降壓轉(zhuǎn)換器通常作為電壓轉(zhuǎn)換電路使用，但是在驅(qū)動LED時，則需要控制電流而不是電壓。圖7PWM驅(qū)動電路降壓轉(zhuǎn)換的例子確認(rèn)圖7的電路構(gòu)成。當(dāng)脈沖信號處于On的狀態(tài)，也就是開關(guān)設(shè)計處于On的狀態(tài)時，電流按照輸入信號－開關(guān)－線圈－負(fù)載的順序流動。當(dāng)開關(guān)設(shè)計處于Off的狀態(tài)時，電流按照二極管－線圈－負(fù)載的順序流動。因此要控制線圈中的電流實際上等同于控制LED中的電流。在正極和負(fù)極
7、間施加3.0V的電壓的話，可以從數(shù)據(jù)庫中看到，LXM3-PW71的電流約350mA。輸入電壓為12V時，設(shè)定脈沖波的占空比為25％（12V×0.25＝3V），就能得到3V的電壓。當(dāng)轉(zhuǎn)換頻率數(shù)為100kHz時，轉(zhuǎn)換周期為10μs，脈沖幅度為2.5μs。但是，負(fù)載只在順阻抗的情況下成立，實際在負(fù)載中運用LED時，根據(jù)電流大小負(fù)載特性也有變化，電流約為350mA時，脈沖幅度調(diào)制約為3.36μs。驗證電路的結(jié)果如圖8所示。圖8PWM驅(qū)動電路的驗證結(jié)果LED中的電流發(fā)生變化，線圈中的電流也變化。通過傳感電路檢測線圈電流的變化，只要控制開關(guān)的打開時間，就
8、能夠使得LED負(fù)載中的電流恒定。增加PWM的占空比，就能增加LED中的電流，也能增加亮度。比較阻抗驅(qū)動型電路和恒定電流源型驅(qū)動電路，改變PWM的占空比比改變阻抗值和
