PWM 调光知识介绍
在手机及其他消费类电子产品中,白光 LED 越来越多地被使用作为显示屏的背光源。近
来,许多产品设计者希望白光 LED 的光亮度在不同的应用场合能够作相应的变化。这就意
味着,白光 LED 的驱动器应能够支持 LED 光亮度的调节功能。目前调光技术主要有三种:
PWM 调光、模拟调光、以及数字调光。市场上很多驱动器都能够支持其中的一种或多种调光
技术。本文将介绍这三种调光技术的各自特点,产品设计者可以根据具体的要求选择相应的
技术。
PWM Dimming (脉宽调制) 调光方式——这是一种利用简单的数字脉冲,反复开关白光
LED 驱动器的调光技术。应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲,即可简单地实
现改变输出电流,从而调节白光 LED 的亮度。PWM 调光的优点在于能够提供高质量的白光,
以及应用简单,效率高!例如在手机的系统中,利用一个专用 PWM 接口可以简单的产生任
意占空比的脉冲信号,该信号通过一个电阻,连接到驱动器的 EN 接口。多数厂商的驱动器
都支持 PWM 调光。
但是,PWM 调光有其劣势。主要反映在:PWM 调光很容易使得白光 LED 的驱动电路产生人
耳听得见的噪声(audible noise,或者 microphonic noise)。这个噪声是如何产生?通常
白光 LED 驱动器都属于开关电源器件(buck、boost 、charge pump 等),其开关频率都在
1MHz 左右,因此在驱动器的典型应用中是不会产生人耳听得见的噪声。但是当驱动器进行
PWM 调光的时候,如果 PWM 信号的频率正好落在 200Hz 到 20kHz 之间,白光 LED 驱动器
周围的电感和输出电容就会产生人耳听得见的噪声。所以设计时要避免使用 20kHz 以下低
频段。
我们都知道,一个低频的开关信号作用于普通的绕线电感(wire winding coil),会使得
电感中的线圈之间互相产生机械振动,该机械振动的频率正好落在上述频率,电感发出的噪
音就能够被人耳听见。电感产生了一部分噪声,另一部分来自输出电容。现在越来越多的手
机设计者采用陶瓷电容作为驱动器的输出电容。陶瓷电容具有压电特性,这就意味着:当一
个低频电压纹波信号作用于输出电容,电容就会发出吱吱的蜂鸣声。当 PWM 信号为低时,
白光 LED 驱动器停止工作,输出电容通过白光 LED 和下端的电阻进行放电。因此在 PWM 调
光时,输出电容不可避免的产生很大的纹波。总之,为了避免 PWM 调光时可听得见的噪声,
白光 LED 驱动器应该能够提供超出人耳可听见范围的调光频率!
相对于 PWM 调光,如果能够改变 RS 的电阻值,同样能够改变流过白光 LED 的电流,从而
变化 LED 的光亮度。我们称这种技术为模拟调光。
模拟调光最大的优势是它避免了由于调光时所产生的噪声。在采用模拟调光的技术时,LED
的正向导通压降会随着 LED 电流的减小而降低,使得白光 LED 的能耗也有所降低。但是区
别于 PWM 调光技术,在模拟调光时白光 LED 驱动器始终处于工作模式,并且驱动器的电能
转换效率随着输出电流减小而急速下降。所以,采用模拟调光技术往往会增大整个系统的能
耗。
模拟调光技术还有个缺点在于发光质量。由于它直接改变白光 LED 的电流,使得白光
LED 的白光质量也发生了变化!
除了 PWM 调光,模拟调光,目前有些产商的驱动器支持数字调光。具备数字调光技术的白
光 LED 驱动器会有相应的数字接口。该数字接口可以是SMB、I2C、或者是单线式数字接口。
系统设计者只要根据具体的通信协议,给驱动器一串数字信号,就可以使得白光 LED 的光亮
发生变化!表 1 列出了各个解决方案的特点。