带电感的PWM调光方法

摘  要： 介绍通过在PWM调光驱动电路中引入电感，达到平均电流的作用。从模拟和实验角度得出了驱动电路中电感大小的确定方法，并深入分析了此驱动电路中LED上电流值和PWM波占空比之间的函数依赖关系，可由计算机通过RS-485对LED亮暗程度实现实时、细致的多档位控制。
关键词： LED；占空比；电感；多档位
   　LED是一种固态电光源，是一种半导体照明器件，其电学特性具有很强的离散性。它具有体积小、机械强度大、功耗低、寿命长，便于调节控制及无污染等特征，有极大发展前景的新型光源产品。LED调光方法的实现分为两种：模拟调光和数字调光，其中模拟调光是通过改变LED回路中电流大小达到调光；数字调光又称PWM调光，通过PWM波开启和关闭LED来改变正向电流的导通时间以达到亮度调节的效果[1]。模拟调光通过改变LED回路中的电流来调节LED的亮度，缺点是在可调节的电流范围内，可调档位受到限制；PWM波调光可通过改变高低电平的占空比来任意改变LED的开启时间，从而使亮度调节的档位增多。本文拟用两种方法共同作用，以达到调节LED亮度的效果。
1 LED调光方法
　模拟调光是通过改变LED回路中电流大小达到调光，电源电压不变，通过改变R的电阻值来改变回路中的电流，从而达到改变LED亮度的效果[2]。很多其他模拟调光都是采用这种方法的延伸，其优点是电流可连续，但可调节电流的范围往往受到硬件的限制，调节档位不多，对于要求亮度感应敏感的高精度采光设备，这种方法不理想。
　 数字调光又称PWM调光，通过PWM波开启和关闭LED来改变正向电流的导通时间，以达到亮度调节的效果。该方法基于人眼对亮度闪烁不够敏感的特性，使负载LED时亮时暗。如果亮暗的频率超过100 Hz，人眼看到的就是平均亮度，而不是LED在闪烁。PWM通过调节亮和暗的时间比例实现调节亮度，在一个PWM周期内，因为人眼对大于100 Hz内的光闪烁，感知的亮度是一个累积过程，即亮的时间在整个周期中所占得比例越大，人眼感觉越亮。但是对于一些高频采样的设备，如高频采样摄像头，采样时有可能恰好采到LED暗时的图像。因此本文将模拟和数字相结合，设计了LED的驱动电路。
2 采用电感的PWM调节方法
2.1 驱动电路
　电路中，当电感上通有电流时，电感会产生磁场，即部分电流转换成磁能的方式“存储”在电感中；当不再向电感上通电流时，电感会将磁能通过电流的方式在回路中释放出来。这也是电感上电流不能突变的原因，基于电感的这种“充放电”原理，可以将它用来平均PWM波调光中产生的不连续电流。式(1)、式(2)分别是LR电路的充电和放电过程及电流与时间的关系。