LED调光实验报告
发布时间：2020-05-18
高亮度发光二极管(LED)广泛应用于各个领域，需要LED具有调光功能。在当前的调光技术中，从简单的可变电阻负载到复杂的脉冲宽度调制(PWM)开关，每种方法都有其优缺点。PWM调光效率最高，电流控制最准确。本文以LED驱动器LM3405为例，论述LED亮度与正电流的关系、波长的变化(色移)、控制器的工作周期限制等调光特性。
1、LED驱动工作原理
由于LED的功率低于1 W，因此，任何类型的电压源(开关器、晶体管)和串联电阻都可以构建一个电流源。人的肉眼很难察觉到少数光输出端电流的变化导致亮度和颜色的变化。但是，一旦多个LED串联，稳压器必须起到电流源的作用。这是因为LED的正向电压VF会随着正电流IF变化，图1是LED波长伴随着正电流IF对于每个变化图，变化图LED即使是同一批产品也不一样。在较大的电流下，光的强度变化通常约为20%。而 LED制造商通常使用更大的制造商VF增加亮度和颜色的范围，因此上述情况尤为突出。但除电流外，正电压也会受到温度的影响。如果只使用镇流电阻器，光源的颜色和亮度会发生很大的变化，确保色温稳定的唯一方法是稳定前的正电流IF。
大多数设计师只习惯于LED电流调节器的设计显然有不同的要求。电压输出必须配合固定输出电流。尽管在大多数应用中， LED驱动器的输出电流允许误差±10%，而直流电流的输出纹波更可高达20%，一旦纹波超出20%，人的肉眼便会察觉到亮度的变化，假如输出纹波进一步增加到40%，肉眼就无法承受。
2、设备及设计实例
一般来说，电流调节器的设计需要使用较大的电感来使电感电流IL变化不到20%。这里可以使用LM3405，即使电感是1.6 MHz高开关频率变小，仍能起到很好的作用。LM3405性能参数如下：
控制方法：
包装：电流模式 TSOT-6
最大输入电压： 15V
应用：工业照明 1A 1~22uF 4.7~10uH 驱动电流： 输出电容： 电感：
3.脉冲宽度调制调光技术
PWM控制是降低LED光输出的最佳方法。该控制方法可以在保持控制器2高效工作的同时提供相对稳定的颜色输出。对比度测量调光质量CR这是一个重要的指标，值越大，光输出的控制就越准确。如今，一些驱动电路制造商声称其产品的调光频率可以高达开关频率的50%，因此可以获得良好的对比度。理论上，这是可能的，但这要求稳压器必须处于不连续导电模式(DCM)连续导电模式(CCM)正常的正常工作可能不是设计的最佳方式。然而，设置PWM频率高于开关频率，稳定性最好。实验数据显示，采用LM调光频率为3045 kHz稳定性最好。
当开关频率低于100时，设置最低调光频率下限 Hz肉眼可以看到抖动或闪烁。最大频率上限是调光脉冲施加器件后电路所需的启动时间。以LM以3405为例，在进入软启动之前，设备将首先通过通电重设。直到整个延迟LED电流完全建立在100左右μs，额外调光脉冲的上升时间(tSU)和下降时间(tSD)跟随最低调光脉冲到达。
DDIM(min)=(tD tSU)/T
假设计算对比度fDIM=1 000 Hz、TDIM=1 ms， 从LM从3405数据中了解到tSU=20μs，则对比度CR为:
DDIM(min)=(20μs 100μs)/1 ms=0.12，则对比度CR=1/DDIM(min)=8.3
从上面的风格可以清楚地看出，如果要获得更好的对比度，调光频率就会降低fDIM。在调光频率100 Hz下，对比度CR为83。但效果比起LM3404不高，因为LM3404是专门为高对比度设计的，在500 Hz下LM3404对比度可达655:1，适用于显示背光灯和机器显示。对于一般照明应用，对比度接近100。然而，LM3405可以提供最简单和最小的1 A LED调光驱动解决方案。将关机和调光功能结合到引脚上，封装尺寸缩小70%(比较PSOP-8与TSOT-6封装)，但启动时间却增加至100μs。
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