【正文】 要使用PWM調(diào)光，這是由于LED的一個基本性質(zhì)：發(fā)射光的特性要隨著平均驅(qū)動電流而偏移。對于單色LED來說，其主波長會改變。對白光LED來說，其相關顏色溫度（CCT）會改變。對于人眼來說，很難察覺到紅、綠或藍LED中幾納米波長的變化，特別是在光強也在變化的時候。但是白光的顏色溫度變化是很容易檢測的。 大多數(shù)LED包含一個發(fā)射藍光譜光子的區(qū)域，它透過一個磷面提供一個寬幅可見光。低電流的時候，磷光占主導，光趨近于黃色。高電流的時候，LED藍光占主導，光呈現(xiàn)藍色，從而達到了一個高CCT。當使用一個以上的白光LED的時候，相鄰LED的CCT的不同會很明顯也是不希望發(fā)生的。同樣延伸到光源應用里，混合多個單色LED也會存在同樣的問題。當我們使用一個以上的光源的時候，LED中任何的差異都會被察覺到。 LED生產(chǎn)商在他們的產(chǎn)品電氣特性表中特別制定了一個驅(qū)動電流，這樣就能保證只以這些特定驅(qū)動電流來產(chǎn)生的光波長或CCT。用PWM調(diào)光保證了LED發(fā)出設計者需要的顏色，而光的強度另當別論。這種精細控制在RGB應用中特別重要，以混合不同顏色的光來產(chǎn)生白光。 從驅(qū)動IC的前景來看，模擬調(diào)光面臨著一個嚴峻的挑戰(zhàn)，這就是輸出電流精度。幾乎每個LED驅(qū)動都要用到某種串聯(lián)電阻來辨別電流。電流辨別電壓（VSNS）通過折衷低能耗損失和高信噪比來選定。驅(qū)動中的容差、偏移和延遲導致了一個相對固定的誤差。要在一個閉環(huán)系統(tǒng)中降低輸出電流就必須降低VSNS。這樣就會反過來降低輸出電流的精度，最終，輸出電流無法指定、控制或保證。通常來說，相對于模擬調(diào)光，PWM調(diào)光可以提高精度，線性控制光輸出到更低級。 調(diào)光頻率VS對比度 LED驅(qū)動對PWM調(diào)光信號的不可忽視的回應時間產(chǎn)生了一個設計問題。這里主要有三種主要延遲（圖2）。這些延遲越長，可以達到的對比度就越低（光強的控制尺度）。 圖2：調(diào)光延遲。如圖所示，tn表示從時間邏輯信號VDIM提升到足以使LED驅(qū)動開始提高輸出電流的時候的過渡延遲。另外，tsu輸出電流從零提升到目標級所需要的時間，相反，tsn是輸出電流從目標級下降到零所需要的時間。一般來說，調(diào)光頻率（fDIM）越低，對比度越高，這是因為這些固定延遲消耗了一小部分的調(diào)光周期（TDIM）。fDIM的下限大概是120Hz，低于這個下限，肉眼就不會再把脈沖混合成一個感覺起來持續(xù)的光。另外，上限是由達到最小對比度來確定的。 對比度通常由最小脈寬值的倒數(shù)來表示： CR = 1 / tONMIN : 1 這里tONMIN = tD + tSU。在機器視覺和工業(yè)檢驗應用中常常需要更高的PWM調(diào)光頻率，因為高速相機和傳感器需要遠遠快于人眼的反應時間。在這種應用中，LED光源的快速開通和關閉的目的不是為了降低輸出光的平均強度，而是為了使輸出光與傳感器和相機時間同步。用開關調(diào)節(jié)器調(diào)光 基于開關調(diào)節(jié)器的LED驅(qū)動需要一些特別考慮，以便于每秒鐘關掉和開啟成百上千次。用于通常供電的調(diào)節(jié)器常常有一個開啟或關掉針腳來供邏輯電平PWM信號連接，但是與此相關的延遲（tD）常常很久。這是因為硅設計強調(diào)回應時間中的低關斷電流。而驅(qū)動LED的專用開關調(diào)節(jié)則相反，當開啟針腳為邏輯低以最小化tD時，內(nèi)部控制電路始終保持開啟，然而當LED關斷的時候，控制電流卻很高。 用PWM來優(yōu)化光源控制需要最小化上升和下降延遲，這不僅是為了達到最好的對比度，而且也為了最小化LED從零到目標電平的時間（這里主導光波長和CCT不能保證）。標準開關調(diào)節(jié)器常常會有一個緩開和緩關的過程，但是LED專用驅(qū)動可以做所有的事情，其中包括降低信號轉(zhuǎn)換速率的控制。降低tSU 和 tSN要從硅設計和開關調(diào)節(jié)器拓撲兩方面入手。 Buck調(diào)節(jié)器能夠保持快速信號轉(zhuǎn)換而又優(yōu)于所有其它開關拓撲主要有兩個原因。其一，Buck調(diào)節(jié)器是唯一能夠在控制開關打開的時候為輸出供電的開關變換器。這使電壓模式或電流模式PWM（不要與PWM調(diào)光混淆）的Buck調(diào)節(jié)器的控制環(huán)比Boost調(diào)節(jié)器或者各種BuckBoost拓撲更快?？刂崎_關開啟的過程中，電力傳輸同樣可以輕易地適應滯環(huán)控制，甚至比最好的電壓模式或電流模式的控制環(huán)還要快。其二，Buck調(diào)節(jié)器的電導在整個轉(zhuǎn)換周期中連在了輸出上。這樣保證了一個持續(xù)輸出電流，也就是說，輸出電容被刪減掉。沒有了輸出電容，Buck調(diào)節(jié)器成了一個真正的高阻抗電流源，它可以很快達到輸出電壓。Cuk和zeta轉(zhuǎn)換器可以提供持續(xù)的輸出電感，但是當更慢的控制環(huán)（和慢頻）被納入其中的時候，它們會落后。 比開啟針腳更快 即使是一個單純的無輸出電容的滯后Buck調(diào)節(jié)器，也不能滿足某些PWM調(diào)光系統(tǒng)的需要。這些應用需要高PWM調(diào)光頻率和高對比度，這就分別需要快速信號轉(zhuǎn)換率和短延遲時間。對于機器視覺和工業(yè)檢驗來說，系統(tǒng)實例需要很高的性能，包括LCD板的背光和投影儀。在某些應用中，PWM調(diào)光頻率必須超過音頻寬，達到25kHz或者更高。當總調(diào)光周期降低到微秒級時，LED電流總上升和下降時間（包括傳輸延遲），必須降低到納秒級。 讓我們來看看一個沒有輸出電容的快速Buck調(diào)節(jié)器。打開和關斷輸出電流的延遲來源于IC的傳輸延遲和輸出電感的物理性質(zhì)。對于真正的高速PWM調(diào)光，這兩個問題都需要解決。最好的方法就是要用一個電源開關與LED鏈并聯(lián)（圖3）。要關掉LED，驅(qū)動電流要經(jīng)過開關分流，這個開關就是一個典型的nMOSFET。IC持續(xù)工作，電感電流持續(xù)流動。這個方法的主要缺點是當LED關閉的時候，電量被浪費掉了，甚至在這個過程中，輸出電壓下降到電流偵測電壓。 圖3：分流電路及其波形 用一個分流FET調(diào)光會引起輸出電壓快速偏移，IC的控制環(huán)必須回應保持常電流的請求。就像邏輯針腳調(diào)光一樣，控制環(huán)越快，回應越好，帶有滯環(huán)控制的Buck調(diào)節(jié)器就會提供最好的回應。 用Boost和BuckBoost的快速PWM Boost調(diào)節(jié)器和任何BuckBoost拓撲都不適合PWM調(diào)光。這是因為在持續(xù)傳導模式中（CCM），每個調(diào)節(jié)器都展示了一個右半平面零，這就使它很難達到時鐘調(diào)節(jié)器需要的高控制環(huán)帶寬。右半平面零的時域效應也使它更難在Boost或者BuckBoost電路中使用滯后控制。另外，Boost調(diào)節(jié)器不允許輸出電壓下降到輸入電壓以下。這個條件需要一個輸入端短電路并且使利用一個并聯(lián)FET實現(xiàn)調(diào)光變得不可能。在BuckBoost拓撲中，并聯(lián)FET調(diào)光仍然不可能或者不切實際，這是因為它需要一個輸出電容（SEPIC，BuckBoost和flyback），或者輸出短電路（Cuk和zeta）中的未受控制得輸入電感電流。當需要真正快速PWM調(diào)光的時候，最好的解決方案是一個二級系統(tǒng)，它利用一個Buck調(diào)節(jié)器作為第二LED驅(qū)動級。如果空間和成本不允許的時候，下一個最好的原則就是一個串聯(lián)開關（圖4）。 圖4：帶有串聯(lián)DIM開關的Boost調(diào)節(jié)器 LED電流可以被立即切斷。另外，必須要特別考慮系統(tǒng)回應。這樣一個開路事實上是一個快速外部退荷暫態(tài)，它斷開了反饋環(huán)，引起了調(diào)節(jié)器輸出電壓的無界上升。為了避免因為過壓失敗，我們需要輸出鉗制電路和/或誤差放大器。這種鉗制電路很難用外部電路實現(xiàn)，因此，串聯(lián)FET調(diào)光只能用專用Boost/BuckBoost LED驅(qū)動IC來實現(xiàn)。 總而言之，LED光源的單純控制需要設計的初始階段就要非常小心。光源越復雜，就越要用PWM調(diào)光。這就需要系統(tǒng)設計者謹慎思考LED驅(qū)動拓撲。Buck調(diào)節(jié)器為PWM調(diào)光提供了很多優(yōu)勢。如果調(diào)光頻率必須很高或者信號轉(zhuǎn)換率必須很快，或者二者都需要，那么Buck調(diào)節(jié)器就是最好的選擇。 來源：美國國家半導體公司