LED光源模块之PWM驱动及其应用研究

王海鹰 肖利 蒋平 杨义泓 刘元坤 唐爱国 夏凯

摘要：近年来，LED光源模块的应用日益频繁。在LED光源单纯控制时，需要对其进行设计，且在设计的最初阶段要注意光源的复杂性。受光源复杂的影响，需要采用科学的驱动手段实现调试。PWM驱动，具有稳定性强、应用广泛的优势。将PWM驱动应用于LED光源模块中，能够取得较好的调光效果。系统设计者需要从相对谨慎的角度上，对LED光源模块驱动进行考虑。PWM驱动中对Buck调节器的应用，是其在LED光源模块中发挥作用不可或缺的器件。基于此，本文在研究中一方面概括LED光源模块，另一方面探讨LED光源模块PWM驱动与应用。

关键词：LED光源模块;PWM驱动;应用

前言：在LED光源模块中，PWM驱动调光在数字脉冲在是利用方式最为简单的。对其应用时，应用者的系统需要提供的内容，仅为或宽或窄的数字式脉冲即可。通过对输出电流的简单改变，实现对LED光源亮度的调节。根据对PWM驱动调光的优点分析，可发现其能够在一定程度上提高白光的质量，且应用起来比较方便简单。在对LED光源模块进行驱动时，无论采用哪种调节器，其思路都是一样的，需要借助驱动电路，实现对光输出的控制。因此，本次研究具有现实性价值。

1 LED光源模块概括

LED，是发光二极管的简称。其是由化合物制作而成的，包括砷、镓等[1]。通常情况下，LED光源可以作为指示灯在仪器或电路中显示;也可以数字或是文字的形式，在仪器或电路中显示。LED，从本质上来看是种半导体组件。发展之初，多将其应用对于发光二极管板或是指示灯。随着LED光源模块的更新，白光LED也随之出现，逐渐广泛应用于照明。

2 LED光源模块PWM驱动与应用

2.1 LED光源模塊PWM驱动的控制方式

在LED光源模块中，单周期控制的信号较大，且属于非线性的控制技术。对各周期内开关采样后，比较基准信号值与获得的值，促使开关变量产生的平均值，可与基准值相等。在传统控制方式下，对于光源的控制，一般以非线性动态系统为主，属于线性反馈技术[2]。针对单周期的控制方法与方式来说，此种控制方法能够在一定程度上对开关非线性系统功能加以控制。通过对单周期控制电路的分析，可发现此种电路具有较强的抗干扰能力，且结构相对简单，应用的领域比较广泛。本次研究分析发现，单周期控制技术下可通过对Buck变换器控制的双输入，在不同开关周期内，对LED开光变量产生影响。比较负载电压下的基准值与总值，使LED传输电端与接收电端的平均值，能够与负载电压的基准值相符合。通常来说，LED传输电端在输入电压时，可能会受天气条件的影响，而出现被干扰的现象。应用单周期控制的方式，则能够有效避免上述现象，输出电压的瞬态响应速度比较快，抗扰动性较强，能够有效确保供电系统的稳定性。

2.2 LED光源模块推荐的PWM驱动调光

对于LED光源模块来说，一般推荐使用PWM驱动调光。模拟调光的实现方法比较简单，可借助对电压的控制，以比例的方式对LED光源模块驱动输出进行改变。在此种情况下，模拟调光并不会引入电磁干扰频率。不过，在绝大多数情况下，在对LED光源模块设计时，需要应用PWM驱动调光。此原因主要受LED光源性质的影响，在光发射过程中，其特性一般会伴随驱动电流出现偏移。就单色的LED光源模块而言，主波长会在驱动电流偏移时而发生改变。对白光LED光源模块而言，颜色、温度等都会在驱动电流偏移时出现变化。绿光、红光或是LED纳米波长在发生变化时，人肉眼很难真切的观察到，不过在白光颜色发生变化时，很容易用肉眼观察到。多数的LED光源模块中，都会包含蓝光谱光子发射区域。在电流比较低时，磷光会占据主导[3]。此时，LED光源模块下的光颜色，就趋于黄色。在电流比较高时，LED蓝光会占据主导。此时，LED光源模块下的光颜色，就趋于蓝色。在使用至少一个LED白光时，相邻LED光源模块的颜色、温度等，都会出现不同变化。对驱动IC的前景进行分析，模拟调光的挑战较大。PWM调光针对于模拟调光来说，能够极大程度上提高光输出的精度。

2.3 PWM驱动下的开关调节器应用

PWM驱动在LED光源模块中，在开关调节器中有比较广泛的应用，且市场前景良好。在LED光源模块开关调节器驱动时，需要考虑和注意一些问题，以方便每秒钟可能会开启或是关掉无数次光源。比较常见的供电调节器，一般会通过开启或是关掉的方式连接PWM信号。不过，在连接信号时所产生的延迟现象，会持续较长时间。产生此种现象的原因，主要是感应时间的电流比较低。驱动LED光源模块时，专用的开关调节与之相反。若开启灯光时逻辑最低，在对内部电流进行控制式则始终保持开启的状态。在使用PWM驱动调节时，不仅需要最小化上升控制，也需要下降延迟控制。此种方式，是为使驱动达到最好的对比度，也是为了缩短LED光源模块由零到目标的时间。对于标准的开关调节器来说，缓开、缓关的过程是必须要有的。不过，LED光源模块PWM专用驱动可做的事情，已经包括对信号转换速率降低的控制。所以，在降低转换速率时，不仅要从硅的设计角度着手，也要从开关调节器角度着手。Buck调节器，能够充分保障信号转换的速度。该调节器，作为开关变换器，能够在控制开关的同时，输出供电，其具有唯一性，其他调节器不具备该特点。此外，Buck调节器的电导，与输出相连，即便是在转换周期中也未发生变化。

结语：现阶段，人们工作环境日趋复杂，对LED光源的应用频率不断上升。一般来讲，在应用LED光源模块时，光源与PWM驱动调光需要成正比。也就是说，光源条件复杂，就需要结合实际情况用PWM驱动调光。通过本次研究调查能够明确，PWM驱动在LED光源模块中，是发展最广泛且有前景的驱动器件。期望在本次相关内容的探究下，能够为日后促进LED光源模块的发展，提高PWM驱动在LED光源模块及其他领域中的应用水平，提供建议。

参考文献：

[1]杨子腾，刘琨，杨昆.基于PWM调光的LED驱动器设计[J].现代信息科技，2020，004（002）：32-36.

[2]夏添禹，许桂生.单片机和PWM技术的室内LED照明智能控制系统[J].中国科技信息，2019，597（01）：40-42.

[3]曾璐，林维明.降压Cuk/LLC单级LED驱动电路及其控制[J].电力电子技术，2019，053（007）：85-88.