目前，就LED光源來講，其調光的方法也要比一般白熾燈、高壓鈉燈及其它以節(jié)能減排為目的的電燈更易進行操作。下面的文章將就LED燈的調光方法及改善進行論述。

0 引言

在設計的初級階段，單純地控制LED光源必須格外小心。我們通常采取的方式是使用脈寬調變的方式對復雜的光源進行調控。這就需要設計系統(tǒng)的人員對LED進行驅動方面的拓撲。

降壓變換器在對脈寬調變的過程中，優(yōu)勢非常明顯。如果要求很高的調光頻率和信號轉換的頻率，或是上述兩種情況都需要的話，那么降壓變換器就是最好的選擇。

一、降壓變換器的調光原理

控制LED進行調光從傳統(tǒng)意義上來說，LED的調光過程是利用一個直流信號或者脈寬調變的方式來調節(jié)LED中的正向電流從而實現對LED的調光。要想調節(jié)LED光亮輸出的強度，減小通過LED的電流是其中一種方式。但是，LED的彩色也會隨著正向電流的改變而改變。這是因為隨著電流的變化，LED的色度會發(fā)生改變。

很多相關方面的應用(比如液晶顯示器的背光照明)都不允許色彩上的漂移導致色彩失真。

不同的光線變化作用于周圍的環(huán)境中，并且人的眼睛對發(fā)光強度帶來的微小變化都相當敏感，所以拓寬調光的范圍是很有必要的。對于控制LED亮度的方法，可以對其施加一個脈寬調變信號、在不改變LED的彩色的情況下完成對LED的調光。

二、調控方法比較與改善

調控LED燈最為簡單的方法就是：在LED的驅動控制中，通過在外部設置電阻來對LED燈進行調光上的控制。這種調光方法雖然有效，但是無法實現很靈活的調控，無法起到為用戶改變光亮強度的作用。而線性調節(jié)的效率顯得非常低下，甚至引起LED白光偏向黃色光譜，造成色彩上的偏轉和移動，可能偏轉和移動是微小的，但是仍然能夠被敏感地檢查出來。

采用脈寬調變對LED進行調控的方法，其開關進行工作的頻率通常大于100赫茲。LED驅動電流里的脈沖占空因素，可以用脈寬調制進行改變，從而達到調節(jié)LED光亮的目的。這里不得不提的是：選用大于100赫茲的開關來調節(jié)工作頻率，其主要的目的是避免人看到閃光的出現。用脈寬調變對LED進行調節(jié)和控制，就使得LED的發(fā)光亮度和脈寬調變的脈沖占空因素成正比例。用這樣的方式調節(jié)LED的光亮，可以在保持LED的發(fā)光顏色不變的情況下使LED保持高度的調光比，其范圍可以達到三千比一。

線性的調制方法是一種模擬調光。在它的控制下，對LED的正方向工作電流進行調節(jié)以此來控制和調節(jié)LED,其控制范圍可以達到十比一。

脈寬調變來自于“Pulse Width Modulation”

的意譯，我們可以把它簡單地稱為脈寬方面的調制。是運用數字輸出的微處理化并控制模擬電路的一種卓有成效的技術，目前，在測繪丈量、移動通信、對功率進行控制和變換等領域得到了廣泛的應用。

用脈寬調變來設置周期和占空因素(見圖一)，是實現數字化的調控方法最簡單的途徑。而且降壓變換器拓撲也可以實現最完美的性能。

絕大多數的LED都有藍光譜的光子發(fā)射區(qū)域。可見的寬幅光通過一個磷面散發(fā)出來，磷光在較低電流通過的時候占據主導地位，而使光的顏色接近黃色;LED光在較高電流通過的時候占據主導地位，使光的顏色接近于藍色，達到一個高顏色溫度。當白光LED的數量超過一個的時候，位于鄰近位置的顏色溫度會發(fā)生不同的變化。在光源的應用里面，多個單色的LED互相混合使用也會產生同樣的問題。當光源不止一個的時候，呈現在LED中的差異將被發(fā)覺。

調節(jié)LED的光亮最主要的方法是采用boost和buck-boost快速PWM調光：

PMW調光不適合boost調節(jié)器和任何Buck-Boost拓補。因為在持續(xù)傳導模式中，每個調節(jié)器都展示了一個右半平面零。這就很難達到時鐘調節(jié)器所需要的高控制環(huán)帶寬。由于右面平面零使用滯后控制，很難在Boost或者Buck-Boost中實現。此外，Boost調節(jié)器不允許出現輸出電壓低于輸入電壓。對于此條件的實現，需一輸出端口短電路予以支持，且還需要運用一并聯，利用FET進行在實現調光有些不太現實。這個條件需要一個輸入端短電路并且使利用一個并聯FET,在Buck-Boost拓撲中實現調光存在著一定的困難性，因為其實現需要一個輸出電容或輸出短電路中未受控制的輸入電感電流。從現實層面來講真正需要快速PWM調光的時候，最好的解決方案是構建一二級系統(tǒng)，利用一個Buck調節(jié)器來作為第二LED驅動級。

如果空間和成本不允許的時候，最好的方式就是設置一個串聯開關(如圖二所示)。

通過圖二可以發(fā)現，LED電流可以被即時切斷。此外在運行中還應這種考慮到系統(tǒng)的回應，以此來講此開路即成為了一快速的外部退荷狀態(tài)其有效的就反饋環(huán)進行了斷開，促使了調節(jié)器輸出電壓區(qū)域上升態(tài)勢。同時為避免因過壓導致失敗，需要進行設置輸出鉗制電路和/或誤差放大器。而鉗制電路很難利用外部電路實現，因此，串聯FET調光只能采取以專用的Boost/Buck-Boost LED驅動IC來進行實現。

通過現實對比，在實現同等照度的情況下，筆者預估PWM會具有一定優(yōu)勢。對于LED光源的單純控制，需要自設計初期即小心認真對待。光源如果越是復雜，那么便越需要利用PWM調光，所以系統(tǒng)設計者需要謹慎思考LED驅動拓撲。另外Buck調節(jié)器為PWM調光方面提供了很多優(yōu)勢。如果調光頻率必須很高或者信號轉換率必須很快的話，那么Buck調節(jié)器無疑就是最好的選擇。

同時為避免調光信號出現閃爍或抖動，PWM調光頻率必須大于100赫茲，為了進一步的降低噪聲和輻射，高端照明系統(tǒng)通常會要求調光頻率達到幾萬赫茲。但是此動作即會產生不良影響，驅動調光的范圍將大幅縮小，從而降低系統(tǒng)的最大亮度。

tSU和tSD指電感器電流上升至所需LED電流，并將電流下降到零電流所需的時間，這與LED的驅動器的傳動特性有很大的關系。要想在低調光頻率下提供較大的調光范圍，就應該使用調光方案。但是，調光延遲度如果比較大的話，增加調光頻率回使調光范圍明顯降低。

因為驅動器控制環(huán)路的動態(tài)響應是有限制的，所以采用固定頻率的LED驅動器的并行調光的范圍不會顯著增加。

PWM調光又分為降壓和升壓兩種方式，降壓方式又包含恒頻、滯回、恒關斷，Sub-Harmonics Osccillation(次諧波震蕩)一般發(fā)生在降壓式架構(Buck)在占空比超過50%的時候，原因是TOFF時間變短，造成芯片內部沒有足夠時間反應，造成震蕩。SQ9910針對這個問題在內部提供特殊設計，是目前世面上同等級的芯片唯一能夠解決這個問題的方案。有了這個解決方案，客戶系統(tǒng)設計時就可以比較有彈性。輸入電壓30伏的時候輸出電壓范圍可以從6V到23.6V,占空比高達91.4%,輸出可以串接23.6/3.3=7顆。同樣的，在輸入越高的時候可以串接的數目也可以同比增加。

三、結束語

LED有兩種調控光亮的途徑：即調光的模擬化和數字化。調光的模擬化是通過改變LED中的電流回路以達到目的。調光數字化又稱為脈寬調變，在科學技術日新月異的未來，數字化的調光方式將受到人們越來越多的青睞，它能夠更加細致地改變LED中的電流結構?？萍几淖兩?，如果現在運用成熟的技術將推動電子電力領域向前發(fā)展。