LED驱动器的调光技术

　　LED驱动电路常用的调光方式可分为两种：模拟调光和PWM方式。因为LED的亮度主要受正向电流的影响，与正向电流密度成正向变化的关系。以上两种调光方式都是通过改变流过LED的平均电流来改变它的亮度。

　　模拟调光：这种方式通过连续的方式线性调节流过LED的电流，来改变灯的发光亮度，可在较大范围内调节LED的亮度。

　　PWM调光：通过在单位时间内反复地接通和断开LED电流来调节发光亮度，开关频率一般要高于100Hz，以便这个脉冲电流不易被人眼察觉到。流过LED的平均电流I与占空比D是线性比例关系。

　　是采用降压拓扑结构的一个LED恒流驱动器(图1)，输入电压范围可从4~20V，ILED从10mA~1.2A可调，可驱动单个或多个LED串， LED的电流等于流过电感的电流，该电路随着VIN电压的升高，通过监控CS引脚的电压来调节流经LED、L、R2的电流脉冲的占空比使得LED的电流恒定在设定值。HX3143可通过设置CS到GND的电阻器Radj来编程流过LED的电流大小。DIM引脚可接受模拟调光和PWM调光。

　　模拟调光

　　LED的亮度主要受正向电流的影响，与正向电流密度成正向变化的关系。正向电流越大，说明电子与空穴复合的机率越大，发光亮度越强。

　　模拟调光技术就是通过改变单位时间内流过LED的平均电流来控制LED的亮度，例如：我们需要将LED的亮度降低到原来亮度的50%，只需要将LED的电流降至最大值的一半。模拟调光可以通过调整电流检测电阻Radj的阻值大小来设置LED的电流，或者通过在驱动芯片的调光控制引脚端施压一个直流电压来实现。图2显示了HX3143模拟调光的两种方式。

　　图2中的Rdim可设置在200kΩ。CS端上的电流检测电阻Radj是用来设置流过LED的最大电流的。对于驱动一颗1W的白光LED，额定电流需要350mA左右。我们只需要将Radj设置成0.31Ω，流过LED的最大电流可以通过下面的公式计算得到：

　　将VCC的电压从1.2V升至2.5V，流过LED的电流会线性地变化(如图4)，从而LED的亮度也线性的变化。

　　此调光方法简单，只需要在VCC端加一个直流电压，改变电压大小便可以进行调光，且调光比较线性。

　　2.调整Radj进行模拟调光

　　如图2(HX3143模拟调光电路)，使用CS参考电压时，Radj值的变化将对应LED电流的变化，在驱动大功率LED的调光应用中，该电阻Radj的阻值需要在1Ω以下，如果市场上有在0.1Ω到1Ω可调的变阻器，HX3143用模拟调光将成为一个非常简单的方式。

　　图5是当HX3143驱动大功率LED时，LED电流随着Radj的变化曲线图。图5那条曲线也符合HX3143的计算LED电流的公式：

　　变电阻型调光在电阻上将多余的电能转变为热能，这是能量的损失。模拟调光最大的优点在于它避免了由于调光所产生的噪声。在模拟调光时，驱动器始终处于连续工作状态，并且驱动器的电能转换效率随着输出电流减小而快速下降，采用模拟调光会增加系统的功耗。模拟调光的另一个缺点是LED发出光的色温会随着LED电流的特定函数而变化，对色温要求较高的场合应避免使用模拟调光。

　　脉冲宽度调制使用开关电路以相对于人眼无法识别的频率快速开关LED，人眼看起来LED是一直在发光的，实际LED在一闪一闪的，只是那个频率人眼无法识别。单位时间内开关管导通时间与关闭时间决定了流过LED的平均电流，也就决定了LED的亮度。

　　LED的响应时间一般在几nm到几十nm，这样的发光器件很适合以高频率频繁开关的场合，因此我们可以很方便地通过周期性改变占空比来实现LED的数字调光。

　　HX3143的PWM调光功能可以通过调制LED驱动器的DIM引脚方式实现。

　　如图3所示，可以在DIM引脚加一个PWM信号，通过改变PWM信号的占空比来调节LED的亮度。 HX3143可以接受较宽的频率范围和幅度。只要外部有一个产生PWM控制信号的微控制器，调光就变得十分简单，通常可以利用一个555电路来产生PWM信号。

　　图6是HX3143在VIN=12V，DDIM =50%，Radj =0.31Ω，F=1kHz测得的ILED与PWM信号幅度VPWM的曲线图，可见该驱动器可接受较宽的脉冲幅度。随着PWM信号幅值的增大，流过LED的电流基本不变。

　　PWM调光最低的PWM信号的频率是基于：当开关频率低于100Hz时，肉眼便可以看到抖动或闪烁;而最高调光频率上限是脉冲施加器件后，电路所需要的启动时间，频率太快的话，器件会无法响应。实验测得当调光频率在10Hz～80Hz时，HX3143驱动器支路上的白光LED在闪动。图7是HX3143的调光频率在1kHz，占空比为50%时测得LED电流的波形图。ch1:50%占空比的PWM信号，ch2:SW波形，ch4：LED电流波形。

　　HX3143驱动的DIM引脚PWM调光可接受的频率在100Hz到50kHz之间，占空比从0%到100%可调，图8显示了该驱动器在4种不同PWM频率的控制下，LED电流随着占空比的变化而变化的曲线图(信号发生器的占空比从20%~80%可调)。从该图中可以看出，4条曲线基本吻合在一起，这就说明：在调光时，不同频率下，LED电流大小只受占空比的影响，占空比越大，流过LED的平均电流就越大。根据ILED 、占空比DDIM 与调光后ILED-DIM 大小，可推出LED的调光电流与调光波形的占空比成正比，得到如下公式：

　　ILED-DIM =DDIM ×ILED

　　其中ILED 是R2=0.31Ω时额定的LED电流。

　　PWM调光可以精确地控制LED的平均电流，而且调光效率也最高，在保持驱动高效工作的同时，它可以提供一个稳定的颜色输出，不至于让色温发生漂移。PWM调光的劣势在于调光时很容易产生人耳听得见的噪声。