LED驱动器的调光技术

摘要：随着LED恒流驱动的广泛应用，以及特定场合对调光的需求，LED调光技术被广泛运用。HX3143恒流LED驱动器可以采用模拟调光与PWM调光方式对大功率LED进行调光,只需要通过一个DIM引脚就可以方便、简单地实现调光，调光精度高，线性度好。

关键词：PWM;LED调光;模拟

　　引言

在全球能源危机和环保节能的背景下，LED作为绿色节能的先锋备受世人的瞩目，上海世博园里80%以上夜景照明光源采用LED技术，LED照明已成为低碳生活的“美丽”技术。从2010年开始，由于LED背光液晶电视的爆发式增长，应用在背光源LED上的LED驱动IC将成为增长最快的应用市场之一(取代了之前LED驱动IC在手机上的应用占最大市场)，伴随着LED在LED显示屏、汽车照明和通用照明上的应用等，LED驱动器的调光技术显得特别关键。

　　LED调光功能的实现方式

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。

HX3143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。

1.调整控制引脚直流电压实现模拟调光

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：

0.115LEDadjIAR=

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： 0.115LEDadjIAR=

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。

　　PWM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。