LED光源的單純控制需要設(shè)計(jì)的初始階段就要非常小心。光源越復(fù)雜，就越要用PWM調(diào)光。這就需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)者謹(jǐn)慎思考LED驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹uck調(diào)節(jié)器為PWM調(diào)光提供了很多優(yōu)勢(shì)。如果調(diào)光頻率必須很高或者信號(hào)轉(zhuǎn)換率必須很快，或者二者都需要，那么Buck調(diào)節(jié)器就是的選擇。

　　PWM調(diào)光是利用一個(gè)PWM信號(hào)來調(diào)節(jié)LED的亮度

　　LED的調(diào)光控制  傳統(tǒng)上，LED的調(diào)光是利用一個(gè)DC信號(hào)或?yàn)V液PWM對(duì)LED中的正向電流進(jìn)行調(diào)節(jié)來完成的。減小LED電流將起到調(diào)節(jié)LED光輸出強(qiáng)度的作用，然而，正向電流的變化也會(huì)改變LED的彩色，因?yàn)長ED的色度會(huì)隨著電流的變化而變化。許多應(yīng)用（例如汽車和LCD TV背光照明）都不能允許LED發(fā)生任何的色彩漂移。在這些應(yīng)用中，由于周圍環(huán)境中存在不同的光線變化，而且人眼對(duì)于光強(qiáng)的微小變化都很敏感，因此寬范圍調(diào)光是必需的。通過施加一個(gè)PWM信號(hào)來控制LED亮度的做法允許不改變彩色的情況下完成LED的調(diào)光。

　　人們常說的真正彩色（True Color）PWM調(diào)光是利用一個(gè)PWM信號(hào)來調(diào)節(jié)LED的亮度。

　　調(diào)節(jié)LED亮度有三種常用方法：

　　（1）使用SET電阻，在LED驅(qū)動(dòng)控制IC引腳RSET兩端并聯(lián)不同的轉(zhuǎn)換電阻，使用一個(gè)直流電壓設(shè)置LED驅(qū)動(dòng)控制IC引腳RSET的電流，從而改變LED的正向工作電流，達(dá)到調(diào)節(jié)ALED發(fā)光亮度的目的。

　　（2）采用PWM技術(shù)，利用PWM控制信號(hào)，通過控制LED的正向工作電流的占空比來調(diào)節(jié)ALED的發(fā)光亮度。

　　（3）線性調(diào)節(jié)。

　　簡便的方法是在LED驅(qū)動(dòng)控制C中使用外部SET電阻來實(shí)現(xiàn)LED的調(diào)光控制。雖然，這種調(diào)光控制方法有效，但卻缺乏靈活性，無法讓用戶改變光強(qiáng)度。線性調(diào)節(jié)則會(huì)降低效率，并引起白光LED朝向黃色光譜的色彩偏移。可能是輕微的偏移，但可在敏感應(yīng)用中檢測(cè)出。

　　采用數(shù)字或叫PWM的LED調(diào)光控制法以大于100HZ的開關(guān)工作頻率，以脈寬調(diào)制的方法改變LED驅(qū)動(dòng)電流的脈沖占空比來實(shí)理LED的調(diào)光控制，選用大于100HZ開關(guān)調(diào)光控制頻率主要是為了避免人眼感覺到調(diào)光閃爍現(xiàn)象，在LED的PWM調(diào)光控制下，LED的發(fā)光亮度正比于PWM的脈沖占空比，在這種調(diào)光控制方法下，可以在高度調(diào)光比范圍內(nèi)保持LED的發(fā)光顏色不變，采用PWM的LED調(diào)光控制的調(diào)光比范圍可達(dá)3000:1.

　　線性LED調(diào)光控制方法就是采用模擬調(diào)光控制方法，在模擬調(diào)光控制下，通過調(diào)節(jié)LED的正向工作電流來實(shí)現(xiàn)LED的調(diào)光控制，調(diào)光控制范圍可達(dá)10:1.

　　如果要進(jìn)一步降低LED的正向工作電流則會(huì)產(chǎn)生LED發(fā)光顏色發(fā)生變化和不能準(zhǔn)確調(diào)節(jié)控制LED的正向工作電流的問題。

　　脈沖寬度調(diào)制（PWM），是英文"Pulse Width Modulation"的縮寫，簡稱脈寬調(diào)制，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)，廣泛應(yīng)用在從測(cè)量、通信到功率控制與變換的許多領(lǐng)域中。

　　脈沖寬度調(diào)制是一種模擬控制方式，其根據(jù)相應(yīng)載荷的變化來調(diào)制晶體管柵極或基極的偏置，來實(shí)現(xiàn)開關(guān)穩(wěn)壓電源輸出晶體管或晶體管導(dǎo)通時(shí)間的改變，這種方式能使電源的輸出電壓在工作條件變化時(shí)保持恒定，是利用微處理器的數(shù)字輸出來對(duì)模擬電路進(jìn)行控制的一種非常有效的技術(shù)。   PWM控制技術(shù)以其控制簡單，靈活和動(dòng)態(tài)響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)而成為電力電子技術(shù)廣泛應(yīng)用的控制方式，也是人們研究的熱點(diǎn)。由于當(dāng)今科學(xué)技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)沒有了學(xué)科之間的界限，結(jié)合現(xiàn)代控制理論思想或?qū)崿F(xiàn)無諧振軟開關(guān)技術(shù)將會(huì)成為PWM控制技術(shù)發(fā)展的主要方向之一。

　　不管你用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調(diào)節(jié)器來驅(qū)動(dòng)LED,它們的共同思路都是用驅(qū)動(dòng)電路來控制光的輸出。設(shè)計(jì)者主要有兩個(gè)選擇：線性調(diào)節(jié)LED電流（模擬調(diào)光），或者使用開關(guān)電路以相對(duì)于人眼識(shí)別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值（數(shù)字調(diào)光）。使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來設(shè)置周期和占空度（圖1）可能是簡單的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的方法，并且Buck調(diào)節(jié)器拓?fù)渫軌蛱峁┮粋€(gè)的性能。

　　不管你用Buck, Boost, Buck-Boost還是線性調(diào)節(jié)器來驅(qū)動(dòng)LED,它們的共同思路都是用驅(qū)動(dòng)電路來控制光的輸出。一些應(yīng)用只是簡單地來實(shí)現(xiàn)"開"和"關(guān)"地功能，但是更多地應(yīng)用需求是要從0到100%調(diào)節(jié)光的亮度，而且經(jīng)常要有很高的。

　　設(shè)計(jì)者主要有兩個(gè)選擇：線性調(diào)節(jié)LED電流（模擬調(diào)光），或者使用開關(guān)電路以相對(duì)于人眼識(shí)別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值（數(shù)字調(diào)光）。使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）來設(shè)置周期和占空度（圖1）可能是簡單的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)光的方法，并且Buck調(diào)節(jié)器拓?fù)渫軌蛱峁┮粋€(gè)的性能。

　　圖1:使用PWM調(diào)光的LED驅(qū)動(dòng)及其波形。

　　推薦的PWM調(diào)光

　　模擬調(diào)光通常可以很簡單的來實(shí)現(xiàn)。我們可以通過一個(gè)控制電壓來成比例地改變LED驅(qū)動(dòng)的輸出。模擬調(diào)光不會(huì)引入潛在的電磁兼容/電磁干擾（EMC/EMI）頻率。然而，在大多數(shù)設(shè)計(jì)中要使用PWM調(diào)光，這是由于LED的一個(gè)基本性質(zhì)：發(fā)射光的特性要隨著平均驅(qū)動(dòng)電流而偏移。

　　對(duì)于單色LED來說，其主波長會(huì)改變。對(duì)白光LED來說，其相關(guān)顏色溫度（CCT）會(huì)改變。對(duì)于人眼來說，很難察覺到紅、綠或藍(lán)LED中幾納米波長的變化，特別是在光強(qiáng)也在變化的時(shí)候。但是白光的顏色溫度變化是很容易檢測(cè)的。

　　大多數(shù)LED包含一個(gè)發(fā)射藍(lán)光譜光子的區(qū)域，它透過一個(gè)磷面提供一個(gè)寬幅可見光。低電流的時(shí)候，磷光占主導(dǎo)，光趨近于黃色。高電流的時(shí)候，LED藍(lán)光占主導(dǎo)，光呈現(xiàn)藍(lán)色，從而達(dá)到了一個(gè)高CCT.當(dāng)使用一個(gè)以上的白光LED的時(shí)候，相鄰LED的CCT的不同會(huì)很明顯也是不希望發(fā)生的。同樣延伸到光源應(yīng)用里，混合多個(gè)單色LED也會(huì)存在同樣的問題。當(dāng)我們使用一個(gè)以上的光源的時(shí)候，LED中任何的差異都會(huì)被察覺到。

　　LED調(diào)光目前有兩種思路：一是線性調(diào)節(jié)LED電流（即模擬調(diào)光），二是使用開關(guān)電路以相對(duì)于人眼識(shí)別力來說足夠高的頻率工作來改變光輸出的平均值（數(shù)字調(diào)光）。（PWM）是屬于數(shù)字調(diào)光的方法。

　　模擬調(diào)光通常可以很簡單的來實(shí)現(xiàn)。但是由于LED光的特性要隨著平均驅(qū)動(dòng)電流而偏移。對(duì)于單色LED來說，其主波長會(huì)改變。對(duì)白光LED來說，其相關(guān)顏色溫度（CCT）會(huì)改變。用PWM調(diào)光則保證了LED發(fā)出設(shè)計(jì)者需要的顏色。PWM調(diào)光也可以提高輸出電流。用線性調(diào)節(jié)的模擬調(diào)光會(huì)降低輸出電流的。通常來說，相對(duì)于模擬調(diào)光，PWM調(diào)光可以大于線性控制光輸出。

　　從節(jié)能來說，沒有可比性。因?yàn)镻WM是保證CCT和顏色情況下測(cè)定電流（光強(qiáng)），模擬調(diào)光則是不存在這個(gè)前提。如果要犧牲這個(gè)前提來考慮節(jié)能的話，需要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。但我估計(jì)在實(shí)現(xiàn)同等照度的情況下，PWM會(huì)有優(yōu)勢(shì)。

　　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(gè)驅(qū)動(dòng)電流，這樣就能保證只以這些特定驅(qū)動(dòng)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(shè)計(jì)者需要的顏色，而光的強(qiáng)度另當(dāng)別論。這種精細(xì)控制在RGB應(yīng)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(dòng)IC的前景來看，模擬調(diào)光面臨著一個(gè)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，這就是輸出電流。幾乎每個(gè)LED驅(qū)動(dòng)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(dòng)中的容差、偏移和延遲導(dǎo)致了一個(gè)相對(duì)固定的誤差。要在一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)中降低輸出電流就必須降低VSNS.這樣就會(huì)反過來降低輸出電流的，終，輸出電流無法指定、控制或保證。通常來說，相對(duì)于模擬調(diào)光，PWM調(diào)光可以提高，線性控制光輸出到更低級(jí)。

　　調(diào)光頻率VS對(duì)比度

　　LED驅(qū)動(dòng)對(duì)PWM調(diào)光信號(hào)的不可忽視的回應(yīng)時(shí)間產(chǎn)生了一個(gè)設(shè)計(jì)問題。這里主要有三種主要延遲（圖2）。這些延遲越長，可以達(dá)到的對(duì)比度就越低（光強(qiáng)的控制尺度）。

　　圖2:調(diào)光延遲

　　如圖所示，tn表示從時(shí)間邏輯信號(hào)VDIM提升到足以使LED驅(qū)動(dòng)開始提高輸出電流的時(shí)候的過渡延遲。另外，tsu輸出電流從零提升到目標(biāo)級(jí)所需要的時(shí)間，相反，tsn是輸出電流從目標(biāo)級(jí)下降到零所需要的時(shí)間。一般來說，調(diào)光頻率（fDIM）越低，對(duì)比度越高，這是因?yàn)檫@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(gè)下限，肉眼就不會(huì)再把脈沖混合成一個(gè)感覺起來持續(xù)的光。另外，上限是由達(dá)到對(duì)比度來確定的。

　　對(duì)比度通常由脈寬值的倒數(shù)來表示：

　　CR = 1 / tON-MIN : 1

　　這里tON-MIN = tD + tSU.在機(jī)器視覺和工業(yè)檢驗(yàn)應(yīng)用中常常需要更高的PWM調(diào)光頻率，因?yàn)楦咚傧鄼C(jī)和傳感器需要遠(yuǎn)遠(yuǎn)快于人眼的反應(yīng)時(shí)間。在這種應(yīng)用中，LED光源的快速開通和關(guān)閉的目的不是為了降低輸出光的平均強(qiáng)度，而是為了使輸出光與傳感器和相機(jī)時(shí)間同步。

　　用開關(guān)調(diào)節(jié)器調(diào)光

　　基于開關(guān)調(diào)節(jié)器的LED驅(qū)動(dòng)需要一些特別考慮，以便于每秒鐘關(guān)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(gè)開啟或關(guān)掉針腳來供邏輯電平PWM信號(hào)連接，但是與此相關(guān)的延遲（tD）常常很久。這是因?yàn)楣柙O(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)回應(yīng)時(shí)間中的低關(guān)斷電流。而驅(qū)動(dòng)LED的專用開關(guān)調(diào)節(jié)則相反，當(dāng)開啟針腳為邏輯低以化tD時(shí)，內(nèi)部控制電路始終保持開啟，然而當(dāng)LED關(guān)斷的時(shí)候，控制電流卻很高。

　　用PWM來優(yōu)化光源控制需要化上升和下降延遲，這不僅是為了達(dá)到的對(duì)比度，而且也為了化LED從零到目標(biāo)電平的時(shí)間（這里主導(dǎo)光波長和CCT不能保證）。標(biāo)準(zhǔn)開關(guān)調(diào)節(jié)器常常會(huì)有一個(gè)緩開和緩關(guān)的過程，但是LED專用驅(qū)動(dòng)可以做所有的事情，其中包括降低信號(hào)轉(zhuǎn)換速率的控制。降低tSU 和 tSN要從硅設(shè)計(jì)和開關(guān)調(diào)節(jié)器拓?fù)鋬煞矫嫒胧帧?/P>

　　Buck調(diào)節(jié)器能夠保持快速信號(hào)轉(zhuǎn)換而又優(yōu)于所有其它開關(guān)拓?fù)渲饕袃蓚€(gè)原因。其一，Buck調(diào)節(jié)器是能夠在控制開關(guān)打開的時(shí)候?yàn)檩敵龉╇姷拈_關(guān)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Buck-Boost拓?fù)涓臁?/P>

　　控制開關(guān)開啟的過程中，電力傳輸同樣可以輕易地適應(yīng)滯環(huán)控制，甚至比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(dǎo)在整個(gè)轉(zhuǎn)換周期中連在了輸出上。這樣保證了一個(gè)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(gè)真正的高阻抗電流源，它可以很快達(dá)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(dāng)更慢的控制環(huán)（和慢頻）被納入其中的時(shí)候，它們會(huì)落后。

　　比開啟針腳更快

　　即使是一個(gè)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(yīng)用需要高PWM調(diào)光頻率和高對(duì)比度，這就分別需要快速信號(hào)轉(zhuǎn)換率和短延遲時(shí)間。對(duì)于機(jī)器視覺和工業(yè)檢驗(yàn)來說，系統(tǒng)實(shí)例需要很高的性能，包括LCD板的背光和投影儀。在某些應(yīng)用中，PWM調(diào)光頻率必須超過音頻寬，達(dá)到25kHz或者更高。當(dāng)總調(diào)光周期降低到微秒級(jí)時(shí)，LED電流總上升和下降時(shí)間（包括傳輸延遲），必須降低到納秒級(jí)。

　　讓我們來看看一個(gè)沒有輸出電容的快速Buck調(diào)節(jié)器。打開和關(guān)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(duì)于真正的高速PWM調(diào)光，這兩個(gè)問題都需要解決。的方法就是要用一個(gè)電源開關(guān)與LED鏈并聯(lián)（圖3）。要關(guān)掉LED,驅(qū)動(dòng)電流要經(jīng)過開關(guān)分流，這個(gè)開關(guān)就是一個(gè)典型的n-MOSFET.IC持續(xù)工作，電感電流持續(xù)流動(dòng)。這個(gè)方法的主要缺點(diǎn)是當(dāng)LED關(guān)閉的時(shí)候，電量被浪費(fèi)掉了，甚至在這個(gè)過程中，輸出電壓下降到電流偵測(cè)電壓。

　　圖3:分流電路及其波形

　　用一個(gè)分流FET調(diào)光會(huì)引起輸出電壓快速偏移，IC的控制環(huán)必須回應(yīng)保持常電流的請(qǐng)求。就像邏輯針腳調(diào)光一樣，控制環(huán)越快，回應(yīng)越好，帶有滯環(huán)控制的Buck調(diào)節(jié)器就會(huì)提供的回應(yīng)。

　　用Boost和Buck-Boost的快速PWM

　　Boost調(diào)節(jié)器和任何Buck-Boost拓?fù)涠疾贿m合PWM調(diào)光。這是因?yàn)樵诔掷m(xù)傳導(dǎo)模式中（CCM），每個(gè)調(diào)節(jié)器都展示了一個(gè)右半平面零，這就使它很難達(dá)到時(shí)鐘調(diào)節(jié)器需要的高控制環(huán)帶寬。右半平面零的時(shí)域效應(yīng)也使它更難在Boost或者Buck-Boost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(gè)條件需要一個(gè)輸入端短電路并且使利用一個(gè)并聯(lián)FET實(shí)現(xiàn)調(diào)光變得不可能在Buck-Boost拓?fù)渲校⒙?lián)FET調(diào)光仍然不可能或者不切實(shí)際，這是因?yàn)樗枰粋€(gè)輸出電容（SEPIC,Buck-Boost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(dāng)需要真正快速PWM調(diào)光的時(shí)候，的解決方案是一個(gè)二級(jí)系統(tǒng)，它利用一個(gè)Buck調(diào)節(jié)器作為第二LED驅(qū)動(dòng)級(jí)。如果空間和成本不允許的時(shí)候，下一個(gè)的原則就是一個(gè)串聯(lián)開關(guān)（圖4）。

　　圖4:帶有串聯(lián)DIM開關(guān)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(yīng)。這樣一個(gè)開路事實(shí)上是一個(gè)快速外部退荷暫態(tài)，它斷開了反饋環(huán)，引起了調(diào)節(jié)器輸出電壓的的上升。為了避免因?yàn)檫^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(shí)現(xiàn)，因此，串聯(lián)FET調(diào)光只能用專用Boost/Buck-Boost LED驅(qū)動(dòng)IC來實(shí)現(xiàn)。

　　模擬調(diào)光通常可以很簡單的來實(shí)現(xiàn)。但是由于LED光的特性要隨著平均驅(qū)動(dòng)電流而偏移。對(duì)于單色LED來說，其主波長會(huì)改變。對(duì)白光LED來說，其相關(guān)顏色溫度（CCT）會(huì)改變。用PWM調(diào)光則保證了LED發(fā)出設(shè)計(jì)者需要的顏色。PWM調(diào)光也可以提高輸出電流。用線性調(diào)節(jié)的模擬調(diào)光會(huì)降低輸出電流的。通常來說，相對(duì)于模擬調(diào)光，PWM調(diào)光可以大于線性控制光輸出。從節(jié)能來說，沒有可比性。因?yàn)镻WM是保證CCT和顏色情況下測(cè)定電流（光強(qiáng)），模擬調(diào)光則是不存在這個(gè)前提。如果要犧牲這個(gè)前提來考慮節(jié)能的話，需要實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。但我估計(jì)在實(shí)現(xiàn)同等照度的情況下，PWM會(huì)有優(yōu)勢(shì)。LED光源的單純控制需要設(shè)計(jì)的初始階段就要非常小心。光源越復(fù)雜，就越要用PWM調(diào)光。這就需要系統(tǒng)設(shè)計(jì)者謹(jǐn)慎思考LED驅(qū)動(dòng)拓?fù)洹uck調(diào)節(jié)器為PWM調(diào)光提供了很多優(yōu)勢(shì)。如果調(diào)光頻率必須很高或者信號(hào)轉(zhuǎn)換率必須很快，或者二者都需要，那么Buck調(diào)節(jié)器就是的選擇。