文档介绍：LED 照明设计之脉冲调制 PWM 电路详解
LED 照明作为新一代照明受到了广泛的关注。仅仅依靠 LED 封
装并不能制作出好的照明灯具。本文主要从电子电路、热分析、光
学方面阐述了如何运用 LED 特性进行设计。
在上一期的“LED 驱动电路设计-基础篇”中,介绍了 LED 的
电子特性和基本的驱动电路。遗憾的是,阻抗型驱动电路和恒电流
源型驱动电路,大范围输入电压和大电流中性能并不强,有时并不
能发挥出 LED 的性能。相反,用脉冲调制方法驱动 LED 电路,能够
发挥 LED 的多个优点。这次主要针对运用脉冲调制的驱动电路进行
说明。
PWM 是什么?
脉冲调制英文表示是 Pulse Width Modulation,简称 PWM。PWM
是调节脉冲波占空比的一种方式。如图 1 所示,脉冲的占空比可以
用脉冲周期、On-time、Off-time 表示,如下公式:
占空比=On-time(脉冲的 High 时间)/ 脉冲的一个周期
(On-time + Off-time)Tsw(一周期)可以是开关周期,也可以是
Fsw=1/Tsw 的开关频率。
图 1 Pulse Width Modulation (PWM)
在运用 PWM 的驱动电路中,可以通过增减占空比,控制脉冲一
个周期的平均值。运用该原理,如果能控制电路上的开关设计(半
导体管、MOSFET、IGBT 等)的打开时间(关闭时间),就能够调节
LED 电流的效率。这就是接下来要介绍的 PWM 控制。
PWM 信号的应用
PWM 控制电路的一个特征是只要改变脉冲幅度就能控制各种输
出。图 2 的降压电路帮助理解 PWM 的控制原理。在这个电路中,将
24V 的输入电压转换成 12V,需要增加负载。负载就是单纯的阻抗。
电压转换电路的方法有很多,运用 PWM 信号的效果如何呢?
图 2 降压电路
在图 2 的降压电路中取 PWM 控制电路,如图 3 所示。MOSFEL 作
为开关设计使用。当 PWM 信号的转换频率数为 20kHz 时,转换周期
为 50μs。PWM 信号为 High 的时候,开关为 On,电流从输入端流经
负载。当 PWM 信号处于 Low 状态时,开关 Off,没有输入和输出,
电流也断掉。
这里尝试将 PWM 信号的占空比固定在 50%,施加在开关中。
开关开着的时候电流和电压施加到负载上。开关关着的时候因
为没有电流,所以负载的供给电压为零。如图 4 绿色的波形、V(OUT)
可在负载中看到输出电压。
图 3 运用 PWM 信号的降压电路

图 4 解析结果占空比:50%
输入电压是直流,通过脉冲信号得到输出电压在负载的前端(开
关的后端)插入平滑电路,就可以得到如图 4 所示的茶色的波形。
输出脉冲的平均值约 12V 时,直流电压可以供给负载。
但如果不是 12V,而是想得到 6V 的输出电压时,应该怎么做?
PWM 控制的优点实际就在此。只需改变脉冲幅度就可以了。实际上,
只需设定占空比为 25%就可以得到平均输出 6V 的电压。图 5 和图 6
表示的是这种情况下的电路和解析结果。

图 5 运用 PWM 信号的降压电路
图