LED 照明因其有效性、耐用性和使用寿命长而被广泛使用。 使用 LED 最棘手的事情之一是控制它们的亮度。 在这里，PWM 调光是相关的。 LED 的控制 PWM 调光是一种通过改变电流脉冲宽度来调节 LED 亮度的方法。 PWM 调光作为一种实用且有效的 LED 灯控制方法越来越受欢迎。
什么是PWM调光？
PWM能够控制电子学各个领域的各种设备，这在很大程度上是它在现代电子工业中广泛使用的原因。 PWM 信号用于调暗 LED、控制电机和运行各种不同的电气设备。 那么，PWM 方法的功能是什么？
PWM 是一种降低电信号平均可传递功率的方法。 此外，该过程通过成功地将信号分成其组成部分来完成。 在功能方面，负载和电源之间的开关可以快速打开和关闭，以调节提供给负载的平均电流和电压。
通过改变信号高电平 (ON) 或低电平 (OFF) 的时间量，PWM 可实现宽范围的亮度 (OFF)。 与通过改变输出功率使 LED 变暗的模拟调光相反，PWM 信号可以在任何时候打开或关闭，这意味着 LED 将获得全电压或没有电（即提供 10V 而不是 12V 到改变亮度）。
什么是恒流降压 (CCR)？
持续降低电流 技术为 LED (CCR) 提供稳定的电流。 与 LED 状态在点亮和熄灭之间波动的 PWM 方法相反，LED 一直点亮。 然而，您可以通过使用 CCR 调整或更改电流水平来控制 LED 的亮度。
CCR 调光方法的优点：
- 非常适合需要长线长度和严格 EMI 规范的远程应用。
- CCR 驱动器的输出电压限制 (60 V) 高于 PWM 驱动器 (24.8 V)。 这些规范适用于经过 UL 认证的 2 类驱动器，可用于潮湿和干燥环境。
CCR 调光方法的缺点：
- LED 在非常低的电流下不一致的光生成使得 CCR 方法不适用于需要调光到最大亮度 10% 以下的应用。 总之，在目前的这些水平上，通过这种方法生产的 LED 性能低于标准。
- 低驱动电流导致色调不一致。
PWM 作为调光信号
让我们扩展我们目前对脉宽调制的理解。 现在，必须将 PWM 识别为信号。
脉冲宽度调制信号由方波脉冲 (PWM) 序列组成。 每个信号的波形都有波峰和波谷。 开启时间是信号强度高的时候，而关闭时间是信号强度低的时候。
占空比
占空比是信号在调光概念中可以保持高电平的时间。 因此，如果信号始终开启，则其占空比为 100%。 PWM 信号的开启时间可以调整。 当 PWM 占空比设置为 50% 时，信号在 50% 的时间内运行，在 50% 的时间内运行。
频率
脉宽调制 (PWM) 信号频率是另一个重要组成部分。 PWM 频率决定了 PWM 信号完成一个周期（信号打开和关闭所需的时间量）的速度。
PWM 作为 LED 驱动器输出
当 PWM 信号转换为直流电压并用作 LED驱动器 输出，脉宽调制发生。 PWM 输出电路以高频率切断直流 LED 在开和关状态之间的电流。 因此，导致 LED 光输出变化的闪烁对于人眼是不可见的。
关于 PWM 输出和调光信号之间的区别，人们经常混淆一些事情。 因此，让我们注意一些事情。
该机制产生一个 PWM 信号作为数字信号，使其在可调光电缆上保持一致。 相反，驱动器通过检测 PWM 占空比来确定输出电流。
市场上的 PWM 调光驱动器
PWM 调光驱动器对于 LED 照明变得越来越重要。 尽管如此，有必要知道 PWM 调光驱动器可能以两种不同的方式实现，让我们来看看它们是什么。
假 PWM 调光
伪调光方法的目的是将 PWM 输入转换为模拟控制信号。 电阻电容 (RC) 滤波器位于驱动器内。
RC 滤波器根据占空比将 PWM 信号转换为成比例的直流电压。 Fake PWM调光的优点是无噪音，由于LED电流是连续的，输出端没有噪音。
然而，这种方法存在问题，因为如果 PWM 的峰值低于 10V，则精度很差。 此外，电阻电容 (RC) 值限制了 PWM 信号的频率。
真正的 PWM 调光
在实际 PWM 调光中，LED 电流以指定的频率和占空比打开和关闭。 驱动器中 MCU 或微控制器的存在使 PWM 信号能够检测峰值电压。 真正的 PWM 调光支持更广泛的 PWM 频率。
PWM 调光的一个基本特征是它能够保持 LED 输出的白点。 此外，允许超过偏移误差的升高参考电压电平。
驱动开发软件要求用户选择PWM调光模式。
使用 PWM 改变占空比（亮度）
当利用脉冲宽度调制输出如此快速地打开和关闭电源时，LED 不会闪烁。 占空比是用于描述 PWM 亮度测量的术语。
占空比是占电路运行时间的比例。 占空比以百分比表示，100% 表示最亮的可行条件（完全开启），较低的百分比表示 LED 光输出较差。
如果 PWM 信号有 50% 的时间开启和 50% 的时间关闭，则其占空比为 50%。 信号显示为方波，灯的亮度应该是平均水平。 当百分比大于 50% 时，信号处于 ON 状态的时间多于 OFF 状态，当占空比小于 50% 时反之亦然。
LED 的脉宽调制 (PWM) 与模拟调光
随着市场上 LED 照明的指数级增长，对高效和精确调节的 LED 驱动器的需求自然上升。 为了保持 LED 设计的节能策略和最终用途的灵活性，“智能”路灯、手电筒和数字标牌以及其他用途需要精确控制电流，在许多情况下还需要调光功能。
PWM调光
通过脉宽调制 (PWM) 调光，LED 电流会瞬间打开和关闭。 为防止闪烁效果，开/关频率必须快于人眼可感知的频率（通常超过 100Hz）。 可以通过多种方法实现 PWM 调光：
- 使用 PWM 信号直接改变电压。
- 通过集电极开路晶体管
- 通过微控制器。
LED 的平均电流等于其总标称电流与其调光占空比之和。 设计人员还必须考虑转换器输出关闭和启动的延迟，这对 PWM 调光频率和占空比范围施加了限制。
模拟调光
调整 LED 电流水平称为模拟调光。 使用外部直流控制电压或电阻调光可以实现这一点。 尽管模拟调光现在可以进行电平调节，但色温可能会发生变化。 对于 LED 色调至关重要的应用，不建议使用模拟调光。
让我们来看看 PWM 和模拟调光之间的主要区别
| PWM调光 | 模拟调光 |
| 通过调制驱动器中的峰值电流来调节亮度 | 通过改变流向 LED 的 DC 来调节亮度 |
| 无色移 | LED 电流变化时可能发生色移 |
| 可能的电流涌入问题 | 设备无浪涌电流 |
| 频率限制和可能的频率问题 | 没有频率问题 |
| 非常线性的亮度变化 | 亮度线性不太好 |
| 较低的光电效率 | 更高的光电效率（>流明每瓦消耗） |
PWM 的硬件注意事项
PWM 调光需要在开发系统（或 PC 板）时进行某些考虑。
由于电流水平，背光型 LED 通常需要驱动器。 数字输出，如来自微控制器的输出，不能直接用于驱动它。
简单的逻辑电平 FET（场效应晶体管）型晶体管通常用作各种应用中的驱动器。 必须使用栅极上的电阻来切换 FET 以控制栅极电流，如果需要限流，则必须使用电阻。 确保在 LCD 数据表中查找正确的背光驱动电压和电流。
开关型 LED 驱动器可以更高电流和更高效地驱动 LED 背光。 这些驱动程序更复杂，通常由专业 IC 来处理开关功能。 多个 IC 上的 PWM 输入专为调光应用而设计。
如果使用微控制器，如果PWM用作硬件功能，则应注意连接到支持PWM（定时器/计数器）输出的输出引脚。
PWM – 固件/软件注意事项
PWM 调光需要特定的系统设计考虑（或 PC 板）。
因为对于大电流，背光型 LED 通常需要驱动器。 数字输出，例如来自微控制器的输出，不能用于直接驱动它。
通常，简单的逻辑电平 FET（场效应晶体管）型晶体管用作各种应用中的驱动器。 切换 FET 以调节栅极电流需要在栅极上安装一个电阻，如果需要限流，则需要一个电阻。 检查 LCD 数据表以获得正确的背光驱动电压和电流。
开关型 LED 驱动器可以以更大的电流更有效地驱动 LED 背光。 这些驱动器更加复杂，开关功能通常由专门的 IC 处理。 一些 IC 的 PWM 输入是专门为调光应用开发的。
如果将 PWM 用作硬件功能，应注意连接到单片机上支持 PWM（定时器/计数器）输出的输出引脚。
PWM 功能和应用
当开关的导通和关断周期相互偏移时，输送到负载的电量就会增加。 正如预期的那样，这种类型的控制具有许多优点。
PWM 与最大功率点跟踪 (MPPT) 相结合，是减少太阳能电池板输出以使电池更容易使用的主要方法之一。
另一方面，PWM 非常适合为惯性设备（例如电机）供电，因为这种独特的开关对它们的影响较小。 由于 LED 的功能和输入电压之间存在线性关系，这也适用于 LED。
此外，PWM 开关频率必须对负载没有影响，并且产生的波形必须足够平滑以供负载识别。
根据设备及其功能的不同，电源的开关频率通常会有很大差异。 电灶、计算机电源和音频放大器都需要数十或数百千赫兹范围内的开关速度。
采用 PWM 的另一个关键优势是开关设备的功率损耗极低。 当开关关闭时，没有电流流过它。 此外，当开关打开并向其负载供电时，其两端的电压降可以忽略不计。
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常见问题
总结
PWM 调光是一种调节 LED 灯亮度的简单且廉价的方法。 PWM 调光与模拟调光相比具有多种优势，包括更高的能源经济性、更精确的控制和更长的使用寿命。 然而，它确实存在几个问题，例如可能的 EMI 和对高频开关电路的需求。 然而，PWM调光作为LED灯调节的一项重要技术，其前景可期。
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