LED光源模塊之PWM驅動及其應用研究

王海鷹 肖利 蔣平 楊義泓 劉元坤 唐愛國 夏凱

摘要：近年來，LED光源模塊的應用日益頻繁。在LED光源單純控制時，需要對其進行設計，且在設計的最初階段要注意光源的復雜性。受光源復雜的影響，需要采用科學的驅動手段實現調試。PWM驅動，具有穩定性強、應用廣泛的優勢。將PWM驅動應用于LED光源模塊中，能夠取得較好的調光效果。系統設計者需要從相對謹慎的角度上，對LED光源模塊驅動進行考慮。PWM驅動中對Buck調節器的應用，是其在LED光源模塊中發揮作用不可或缺的器件。基于此，本文在研究中一方面概括LED光源模塊，另一方面探討LED光源模塊PWM驅動與應用。

關鍵詞：LED光源模塊;PWM驅動;應用

前言：在LED光源模塊中，PWM驅動調光在數字脈沖在是利用方式最為簡單的。對其應用時，應用者的系統需要提供的內容，僅為或寬或窄的數字式脈沖即可。通過對輸出電流的簡單改變，實現對LED光源亮度的調節。根據對PWM驅動調光的優點分析，可發現其能夠在一定程度上提高白光的質量，且應用起來比較方便簡單。在對LED光源模塊進行驅動時，無論采用哪種調節器，其思路都是一樣的，需要借助驅動電路，實現對光輸出的控制。因此，本次研究具有現實性價值。

1 LED光源模塊概括

LED，是發光二極管的簡稱。其是由化合物制作而成的，包括砷、鎵等[1]。通常情況下，LED光源可以作為指示燈在儀器或電路中顯示;也可以數字或是文字的形式，在儀器或電路中顯示。LED，從本質上來看是種半導體組件。發展之初，多將其應用對于發光二極管板或是指示燈。隨著LED光源模塊的更新，白光LED也隨之出現，逐漸廣泛應用于照明。

2 LED光源模塊PWM驅動與應用

2.1 LED光源模塊PWM驅動的控制方式

在LED光源模塊中，單周期控制的信號較大，且屬于非線性的控制技術。對各周期內開關采樣后，比較基準信號值與獲得的值，促使開關變量產生的平均值，可與基準值相等。在傳統控制方式下，對于光源的控制，一般以非線性動態系統為主，屬于線性反饋技術[2]。針對單周期的控制方法與方式來說，此種控制方法能夠在一定程度上對開關非線性系統功能加以控制。通過對單周期控制電路的分析，可發現此種電路具有較強的抗干擾能力，且結構相對簡單，應用的領域比較廣泛。本次研究分析發現，單周期控制技術下可通過對Buck變換器控制的雙輸入，在不同開關周期內，對LED開光變量產生影響。比較負載電壓下的基準值與總值，使LED傳輸電端與接收電端的平均值，能夠與負載電壓的基準值相符合。通常來說，LED傳輸電端在輸入電壓時，可能會受天氣條件的影響，而出現被干擾的現象。應用單周期控制的方式，則能夠有效避免上述現象，輸出電壓的瞬態響應速度比較快，抗擾動性較強，能夠有效確保供電系統的穩定性。

2.2 LED光源模塊推薦的PWM驅動調光

對于LED光源模塊來說，一般推薦使用PWM驅動調光。模擬調光的實現方法比較簡單，可借助對電壓的控制，以比例的方式對LED光源模塊驅動輸出進行改變。在此種情況下，模擬調光并不會引入電磁干擾頻率。不過，在絕大多數情況下，在對LED光源模塊設計時，需要應用PWM驅動調光。此原因主要受LED光源性質的影響，在光發射過程中，其特性一般會伴隨驅動電流出現偏移。就單色的LED光源模塊而言，主波長會在驅動電流偏移時而發生改變。對白光LED光源模塊而言，顏色、溫度等都會在驅動電流偏移時出現變化。綠光、紅光或是LED納米波長在發生變化時，人肉眼很難真切的觀察到，不過在白光顏色發生變化時，很容易用肉眼觀察到。多數的LED光源模塊中，都會包含藍光譜光子發射區域。在電流比較低時，磷光會占據主導[3]。此時，LED光源模塊下的光顏色，就趨于黃色。在電流比較高時，LED藍光會占據主導。此時，LED光源模塊下的光顏色，就趨于藍色。在使用至少一個LED白光時，相鄰LED光源模塊的顏色、溫度等，都會出現不同變化。對驅動IC的前景進行分析，模擬調光的挑戰較大。PWM調光針對于模擬調光來說，能夠極大程度上提高光輸出的精度。

2.3 PWM驅動下的開關調節器應用

PWM驅動在LED光源模塊中，在開關調節器中有比較廣泛的應用，且市場前景良好。在LED光源模塊開關調節器驅動時，需要考慮和注意一些問題，以方便每秒鐘可能會開啟或是關掉無數次光源。比較常見的供電調節器，一般會通過開啟或是關掉的方式連接PWM信號。不過，在連接信號時所產生的延遲現象，會持續較長時間。產生此種現象的原因，主要是感應時間的電流比較低。驅動LED光源模塊時，專用的開關調節與之相反。若開啟燈光時邏輯最低，在對內部電流進行控制式則始終保持開啟的狀態。在使用PWM驅動調節時，不僅需要最小化上升控制，也需要下降延遲控制。此種方式，是為使驅動達到最好的對比度，也是為了縮短LED光源模塊由零到目標的時間。對于標準的開關調節器來說，緩開、緩關的過程是必須要有的。不過，LED光源模塊PWM專用驅動可做的事情，已經包括對信號轉換速率降低的控制。所以，在降低轉換速率時，不僅要從硅的設計角度著手，也要從開關調節器角度著手。Buck調節器，能夠充分保障信號轉換的速度。該調節器，作為開關變換器，能夠在控制開關的同時，輸出供電，其具有唯一性，其他調節器不具備該特點。此外，Buck調節器的電導，與輸出相連，即便是在轉換周期中也未發生變化。

結語：現階段，人們工作環境日趨復雜，對LED光源的應用頻率不斷上升。一般來講，在應用LED光源模塊時，光源與PWM驅動調光需要成正比。也就是說，光源條件復雜，就需要結合實際情況用PWM驅動調光。通過本次研究調查能夠明確，PWM驅動在LED光源模塊中，是發展最廣泛且有前景的驅動器件。期望在本次相關內容的探究下，能夠為日后促進LED光源模塊的發展，提高PWM驅動在LED光源模塊及其他領域中的應用水平，提供建議。

參考文獻：

[1]楊子騰，劉琨，楊昆.基于PWM調光的LED驅動器設計[J].現代信息科技，2020，004（002）：32-36.

[2]夏添禹，許桂生.單片機和PWM技術的室內LED照明智能控制系統[J].中國科技信息，2019，597（01）：40-42.

[3]曾璐，林維明.降壓Cuk/LLC單級LED驅動電路及其控制[J].電力電子技術，2019，053（007）：85-88.