理论教育 实现LED串联调光的输出型PWM控制

实现LED串联调光的输出型PWM控制

时间:2023-06-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:图7-11 输出型PWM串联调光原理框图上述例子中,在调光脉冲的关断阶段,驱动电源的输出电流为零,输出电压近似为输入电压。在该电源的输出端串联一个开关管,通过外部给该开关管输入调光PWM信号,可以周期性地使驱动电源输出与LED负载接通或断开,实现输出型PWM串联调光。为了避免该芯片在输出型PWM串联调光模式下频繁重启动,可以采用如图7-13所示的电路实现伪采样。图7-14 输出型PWM并联调光原理框图

实现LED串联调光的输出型PWM控制

LED的发光响应时间非常短,仅为10-9~10-7 s,不像传统灯具那样有热惯性或启动准备时间,因此,可以在驱动电源输出侧加一个开关管并以PWM信号控制,即可使LED周期性地亮灭闪烁,只要闪烁频率足够高,人眼就无法识别闪烁而只能感到连续的明暗变化,就能实现亮度的调节。最小的闪烁频率为50Hz,但一般推荐最小值为200Hz。这种输出型PWM调光有两种实现方法:串联调光(Series Dimming)和并联调光(Shunt Dimming)[6]

串联调光是指把开关管与LED负载串联,调光PWM脉冲使得负载在开路状态和正常工作状态之间切换,其实现电路原理框图如图7-11所示。同样以图6-19所示的Buck驱动电路、9910B芯片工作于固定频率PWM调制模式时的情况为例,则输出型PWM串联调光的主要工作波形如图7-12所示,当调制占空比DS对应输出额定电流IONOM时,调光占空比DDIM可使输出平均电流变为DDIMIONOM,则LED在一个调光周期TDIM内的平均光输出会随着调光占空比线性变化,实现调光。

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图7-11 输出型PWM串联调光原理框图

上述例子中,在调光脉冲的关断阶段,驱动电源的输出电流为零,输出电压近似为输入电压。因此,如果变换器的动态响应不够快,则调光开关管、LED负载和其他元器件会承受较高的电压应力。

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图7-12 输出型PWM串联调光方式下Buck电路主要的工作波形

此外,串联调光时开关管在关断时相当于输出断路,这对于恒流源是一个极大的挑战,有些控制芯片有输出断路保护,此时串联调光会使驱动电源经常处于保护状态,而从保护状态切换到正常状态的转换时间会降低系统响应时间。对于没有断路保护机制的控制芯片,则可能使电源系统失控。为了避免这种情况,可以使用下面的“伪采样”方法,让控制芯片在输出断路时仍然判断为未断路,从而避免进入保护状态或不断加大工作调制占空比造成电路失控。(www.daowen.com)

NCL30001是一款不具备调光功能的控制芯片,基于该芯片的LED限压恒流驱动电路方案如前文图7-7所示。在该电源的输出端串联一个开关管,通过外部给该开关管输入调光PWM信号,可以周期性地使驱动电源输出与LED负载接通或断开,实现输出型PWM串联调光。该芯片具有故障保护功能,当输出过载、输出短路或开路情况下,芯片将自动重启动,按2%的自动重启动占空比工作,从而使输出电压较低,影响开通时的响应时间。为了避免该芯片在输出型PWM串联调光模式下频繁重启动,可以采用如图7-13所示的电路实现伪采样。

图7-13中,J1为PWM调光信号输入端口,控制Q4的导通和关断,进而对LED进行调光。Q2发射极提供比较器UA、UB供电电压,光耦U3的驱动电压,以及开关管Q4的驱动电压。当J1输入的PWM信号为低电平时,晶体管Q3截止,MOSFET Q4的GS两端电压等于比较器UA、UB的供电电压,约为14V,Q4导通,负载LED发光;此时,MOSFET Q5的DS两端也处于导通状态,R18通过Q5连接到电流检测电阻R12B端,与图7-7的输出电流采样电路相同,恒流反馈回路不受调光电路的影响,正常工作。当J1输入的PWM信号为高电平时,晶体管Q3导通,Q4的栅极电压被拉低,Q4截止,负载LED不发光;此时流过电流采样电阻R12的电流为零,Q5也截止,R12B端的检流电压不会反馈到UB负端,实际反馈到该端的信号为电容C12的电压,此电压为Q4关断前R12B端电压,如果关断时间足够短以保证C12电容来不及完全放电,则虽然输出电流反馈通道与检流电阻R12断开了连接,但仍会检测到电压的存在,称这种电压采样方式为“伪采样”。由于“伪采样”,PWM调光信号不会影响恒流电路的正常工作,但要PWM信号频率足够高,以保证在Q4关断期间C12不会完全放电,即C12两端电压不会发生明显的改变。

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图7-13 输出型PWM串联调光的伪采样电路

并联调光,亦称分流调光,是指开关管和LED负载并联,如图7-14所示。开关管导通时,LED负载被短路,开关管关断时,LED负载正常工作。同样以图6-19所示的Buck驱动电路、9910芯片工作于固定频率PWM调制模式时的情况为例,则输出型PWM并联调光的主要工作波形与图7-12的串联调光情况类似,只要调光PWM波形反相即可。与串联调光类似,调光占空比DDIM可使输出平均电流变为(1-DDIMIONOM,则LED在一个调光周期TDIM内的平均光输出会随着调光占空比线性变化,实现调光。这种方式的主要缺点在于,开关管导通时可能会有较大的功率损耗,影响LED照明的节能效果;如果损耗过大,可能会烧毁晶体管。

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图7-14 输出型PWM并联调光原理框图

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