显示/光电技术中的大电流LED调光方法的对比分析
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2020-11-18
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显示显示/光电技术中的大电流光电技术中的大电流LED调光方法的对比分析调光方法的对比分析
随着ＬＥＤ显示屏的市场不断增长，高对比度变成了一个时髦的词。最近，业内一家电子制造商巨头推出了具
备动态ＬＥＤ背光控制的高清晰度７０英寸ＬＣＤ电视，其对比度高达５００，０００：１，耗电量却减少了
一半。该公司将如此高的对比度归功于调光技术的采用。 对比度一般都被定义为系统可产生出的最亮色彩
（白色）与最暗色彩（黑色）的发光度比率。可以通过控制进入的正向电流来调节ＬＥＤ的亮度级别，即模拟
调光。ＬＥＤ的色彩可以随着正向电流的变化而位移，因此对于一些可容忍色彩位移的低档照明系统而言，模
拟调光不失为一个合适的选择。但是，对于基于ＬＥＤ的ＬＣＤ显示屏等的高端应用来说，为获得想要的色彩
一致性和各种亮度级别
随着ＬＥＤ显示屏的市场不断增长，高对比度变成了一个时髦的词。最近，业内一家电子制造商巨头推出了具备动态ＬＥ
Ｄ背光控制的高清晰度７０英寸ＬＣＤ电视，其对比度高达５００，０００：１，耗电量却减少了一半。该公司将如此高的对
比度归功于调光技术的采用。
对比度一般都被定义为系统可产生出的最亮色彩（白色）与最暗色彩（黑色）的发光度比率。可以通过控制进入的正向电
流来调节ＬＥＤ的亮度级别，即模拟调光。ＬＥＤ的色彩可以随着正向电流的变化而位移，因此对于一些可容忍色彩位移的低
档照明系统而言，模拟调光不失为一个合适的选择。但是，对于基于ＬＥＤ的ＬＣＤ显示屏等的高端应用来说，为获得想要的
色彩一致性和各种亮度级别，就必须采用更复杂的调光技术。针对高端应用的ＬＥＤ驱动器一般都采用固定频率工作模式与Ｐ
ＷＭ调光机制。在ＰＷＭ调光中，ＬＥＤ正向电流以减少的占空比在０％至１００％间转换，以进行亮度控制。然而，ＰＷＭ
调光信号的频率必须大于１００Ｈｚ，以免出现闪烁或抖动。为尽量降低可听到噪声和辐射，高端照明系统的调光频率范围一
般要求几万赫兹。可是，更高的调光频率将大幅缩小驱动的调光范围，反而降低系统的最大亮度。本文将探讨在固定频率、时
间延迟磁滞控制和固定导通时间的降压式ＬＥＤ驱动器中，高频ＰＷＭ调光技术的性能表现，并通过测试数据来衡量不同配置
下的性能。
调光范围
在ＰＷＭ调光中，ＬＥＤ正向电流以受控的占空比（ＤＤｉｍ）进行开／关（ＯＮ／ＯＦＦ），以达到想要的亮度级别。
ＤＤｉｍ的动态范围定义了ＰＷＭ调光配置所能实现的最大亮度级别。如上所述，ＬＥＤ亮度与ＬＥＤ正向电流成比例，因
此，在使用ＰＷＭ调光配置时所得到的最高和最低ＬＥＤ电流平均值分别由式１和式２表示。
ＩＬＥＤ＿Ｍａｘ＝ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ×ＩＬＥＤ （１）
ＩＬＥＤ＿Ｍｉｎ＝ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ×ＩＬＥＤ （２）
其中，ＩＬＥＤ为ＬＥＤ电流，ＩＬＥＤ＿Ｍａｘ为ＬＥＤ电流的平均最高值，ＩＬＥＤ＿Ｍｉｎ为ＬＥＤ电流的平均最
低值，ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ为最大调光占空比，ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ为最小调光占空比。因此，最高和最低ＬＥＤ明亮的比率，又
被看作ＰＷＭ调光范围，用式３表示。
调光范围＝ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ／ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ （３）
式３表示ＰＷＭ调光范围与最大、最小调光占空比之间的关系。对于给定的调光频率ＦＤｉｍ，ＤＤｉｍ＿Ｍａｘ表示最
大占空比，即ＬＥＤ电流在下一个调光周期开始前，从所需的正向电流降低至零的时间；ＤＤｉｍ＿Ｍｉｎ表示最小占空比，
即ＬＥＤ电流由零升至所需的正向电流（ＩＦ）的时间。
可以采用多个不同的电路来实现正向ＬＥＤ电流的开／关切换，图１（ｂ）是最常用的ＰＷＭ调光配置。
在使能调光方案（图１ｂ（Ａ））中，ＬＥＤ电流的开／关是通过把开关稳压器或者电源ＦＥＴ驱动器设置成使能（Ｅｎ
ａｂｌｅ）或失效（Ｄｉｓａｂｌｅ）来实现的。使能调光的缺点是调光延迟较大（ｔＤ，ｔＳＵ＆ｔＳＤ）。ｔＤ指需要启
动开关稳压器电路所需的时间。如果利用调光信号去开／关电源ＦＥＴ驱动器，而不是去开关稳压器，则可以消除这种延迟。
ｔＳＵ和ｔＳＤ指电感器电流上升至所需ＬＥＤ电流，并将电流下降到零电流所需的时间，这种延迟很大程度视乎ＬＥＤ驱动
器的传动特性。使能调光方案可以在低调光频率下提供较大的调光范围。但是，由于调光延迟比较大，如果增加调光频率，会
明显降低调光范围。
串行调光方案（图１ｂ（Ｂ））将一个开关与ＬＥＤ串联在一起，这样，ＬＥＤ电流从ＩＦ和零之间的切换将随着串联开
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