LED 照明因其有效性、耐用性和使用壽命長而被廣泛使用。 使用 LED 最棘手的事情之一是控制它們的亮度。 在這裡，PWM 調光是相關的。 LED 的控制 PWM 調光是一種通過改變電流脈衝寬度來調節 LED 亮度的方法。 PWM 調光作為一種實用且有效的 LED 燈控制方法越來越受歡迎。
什麼是PWM調光？
PWM能夠控制電子學各個領域的各種設備，這在很大程度上是它在現代電子工業中廣泛使用的原因。 PWM 信號用於調暗 LED、控制電機和運行各種不同的電氣設備。 那麼，PWM 方法的功能是什麼？
PWM 是一種降低電信號平均可傳遞功率的方法。 此外，該過程通過成功地將信號分成其組成部分來完成。 在功能方面，負載和電源之間的開關可以快速打開和關閉，以調節提供給負載的平均電流和電壓。
通過改變信號高電平 (ON) 或低電平 (OFF) 的時間量，PWM 可實現寬範圍的亮度 (OFF)。 與通過改變輸出功率使 LED 變暗的模擬調光相反，PWM 信號可以在任何時候打開或關閉，這意味著 LED 將獲得全電壓或沒有電（即提供 10V 而不是 12V 到改變亮度）。
什麼是恆流降壓 (CCR)？
这 持續降低電流 技術為 LED (CCR) 提供穩定的電流。 與 LED 狀態在點亮和熄滅之間波動的 PWM 方法相反，LED 一直點亮。 然而，您可以通過使用 CCR 調整或更改電流水平來控制 LED 的亮度。
CCR 調光方法的優點：
- 非常適合需要長線長度和嚴格 EMI 規範的遠程應用。
- CCR 驅動器的輸出電壓限制 (60 V) 高於 PWM 驅動器 (24.8 V)。 這些規範適用於經過 UL 認證的 2 類驅動器，可用於潮濕和乾燥環境。
CCR 調光方法的缺點：
- LED 在非常低的電流下不一致的光生成使得 CCR 方法不適用於需要調光到最大亮度 10% 以下的應用。 總之，在目前的這些水平上，通過這種方法生產的 LED 性能低於標準。
- 低驅動電流導致色調不一致。
PWM 作為調光信號
讓我們擴展我們目前對脈寬調製的理解。 現在，必須將 PWM 識別為信號。
脈衝寬度調製信號由方波脈衝 (PWM) 序列組成。 每個信號的波形都有波峰和波谷。 開啟時間是信號強度高的時候，而關閉時間是信號強度低的時候。
佔空比
佔空比是信號在調光概念中可以保持高電平的時間。 因此，如果信號始終開啟，則其占空比為 100%。 PWM 信號的開啟時間可以調整。 當 PWM 佔空比設置為 50% 時，信號在 50% 的時間內運行，在 50% 的時間內運行。
頻率
脈寬調製 (PWM) 信號頻率是另一個重要組成部分。 PWM 頻率決定了 PWM 信號完成一個週期（信號打開和關閉所需的時間量）的速度。
PWM 作為 LED 驅動器輸出
當 PWM 信號轉換為直流電壓並用作 LED驅動器 輸出，脈寬調製發生。 PWM 輸出電路以高頻率切斷直流 LED 在開和關狀態之間的電流。 因此，導致 LED 光輸出變化的閃爍對於人眼是不可見的。
關於 PWM 輸出和調光信號之間的區別，人們經常混淆一些事情。 因此，讓我們注意一些事情。
該機制產生一個 PWM 信號作為數字信號，使其在可調光電纜上保持一致。 相反，驅動器通過檢測 PWM 佔空比來確定輸出電流。
市場上的 PWM 調光驅動器
PWM 調光驅動器對於 LED 照明變得越來越重要。 儘管如此，有必要知道 PWM 調光驅動器可能以兩種不同的方式實現，讓我們來看看它們是什麼。
假 PWM 調光
偽調光方法的目的是將 PWM 輸入轉換為模擬控制信號。 電阻電容 (RC) 濾波器位於驅動器內。
RC 濾波器根據佔空比將 PWM 信號轉換為成比例的直流電壓。 Fake PWM調光的優點是無噪音，由於LED電流是連續的，輸出端沒有噪音。
然而，這種方法存在問題，因為如果 PWM 的峰值低於 10V，則精度很差。 此外，電阻電容 (RC) 值限制了 PWM 信號的頻率。
真正的 PWM 調光
在實際 PWM 調光中，LED 電流以指定的頻率和占空比打開和關閉。 驅動器中 MCU 或微控制器的存在使 PWM 信號能夠檢測峰值電壓。 真正的 PWM 調光支持更廣泛的 PWM 頻率。
PWM 調光的一個基本特徵是它能夠保持 LED 輸出的白點。 此外，允許超過偏移誤差的升高參考電壓電平。
驅動開發軟件要求用戶選擇PWM調光模式。
使用 PWM 改變佔空比（亮度）
當利用脈衝寬度調製輸出如此快速地打開和關閉電源時，LED 不會閃爍。 佔空比是用於描述 PWM 亮度測量的術語。
佔空比是佔電路運行時間的比例。 佔空比以百分比表示，100% 表示最亮的可行條件（完全開啟），較低的百分比表示 LED 光輸出較差。
如果 PWM 信號有 50% 的時間開啟和 50% 的時間關閉，則其占空比為 50%。 信號顯示為方波，燈的亮度應該是平均水平。 當百分比大於 50% 時，信號處於 ON 狀態的時間多於 OFF 狀態，當佔空比小於 50% 時反之亦然。
LED 的脈寬調製 (PWM) 與模擬調光
隨著市場上 LED 照明的指數級增長，對高效和精確調節的 LED 驅動器的需求自然上升。 為了保持 LED 設計的節能策略和最終用途的靈活性，“智能”路燈、手電筒和數字標牌以及其他用途需要精確控制電流，在許多情況下還需要調光功能。
PWM調光
通過脈寬調製 (PWM) 調光，LED 電流會瞬間打開和關閉。 為防止閃爍效果，開/關頻率必須快於人眼可感知的頻率（通常超過 100Hz）。 可以通過多種方法實現 PWM 調光：
- 使用 PWM 信號直接改變電壓。
- 通過集電極開路晶體管
- 通過微控制器。
LED 的平均電流等於其總標稱電流與其調光佔空比之和。 設計人員還必須考慮轉換器輸出關閉和啟動的延遲，這對 PWM 調光頻率和占空比範圍施加了限制。
模擬調光
調整 LED 電流水平稱為模擬調光。 使用外部直流控制電壓或電阻調光可以實現這一點。 儘管模擬調光現在可以進行電平調節，但色溫可能會發生變化。 對於 LED 色調至關重要的應用，不建議使用模擬調光。
讓我們來看看 PWM 和模擬調光之間的主要區別
| PWM調光 | 模擬調光 |
| 通過調製驅動器中的峰值電流來調節亮度 | 通過改變流向 LED 的 DC 來調節亮度 |
| 無色移 | LED 電流變化時可能發生色移 |
| 可能的電流湧入問題 | 設備無浪湧電流 |
| 頻率限制和可能的頻率問題 | 沒有頻率問題 |
| 非常線性的亮度變化 | 亮度線性不太好 |
| 較低的光電效率 | 更高的光電效率（>流明每瓦消耗） |
PWM 的硬件注意事項
PWM 調光需要在開發系統（或 PC 板）時進行某些考慮。
由於電流水平，背光型 LED 通常需要驅動器。 數字輸出，如來自微控制器的輸出，不能直接用於驅動它。
簡單的邏輯電平 FET（場效應晶體管）型晶體管通常用作各種應用中的驅動器。 必須使用柵極上的電阻來切換 FET 以控制柵極電流，如果需要限流，則必須使用電阻。 確保在 LCD 數據表中查找正確的背光驅動電壓和電流。
開關型 LED 驅動器可以更高電流和更高效地驅動 LED 背光。 這些驅動器比較複雜，通常由專門的 IC 來處理開關功能。 多個 IC 上的 PWM 輸入專為調光應用而設計。
如果使用微控制器，如果PWM用作硬件功能，則應注意連接到支持PWM（定時器/計數器）輸出的輸出引腳。
PWM – 固件/軟件注意事項
PWM 調光需要特定的系統設計考慮（或 PC 板）。
因為對於大電流，背光型 LED 通常需要驅動器。 數字輸出，例如來自微控制器的輸出，不能用於直接驅動它。
通常，簡單的邏輯電平 FET（場效應晶體管）型晶體管用作各種應用中的驅動器。 切換 FET 以調節柵極電流需要在柵極上安裝一個電阻，如果需要限流，則需要一個電阻。 檢查 LCD 數據表以獲得正確的背光驅動電壓和電流。
開關型 LED 驅動器可以以更大的電流更有效地驅動 LED 背光。 這些驅動器更加複雜，開關功能通常由專門的 IC 處理。 一些 IC 的 PWM 輸入是專門為調光應用開發的。
如果將 PWM 用作硬件功能，應注意連接到單片機上支持 PWM（定時器/計數器）輸出的輸出引腳。
PWM 功能和應用
當開關的導通和關斷週期相互偏移時，輸送到負載的電量就會增加。 正如預期的那樣，這種類型的控制具有許多優點。
PWM 與最大功率點跟踪 (MPPT) 相結合，是減少太陽能電池板輸出以使電池更容易使用的主要方法之一。
另一方面，PWM 非常適合為慣性設備（例如電機）供電，因為這種獨特的開關對它們的影響較小。 由於 LED 的功能和輸入電壓之間存在線性關係，這也適用於 LED。
此外，PWM 開關頻率必須對負載沒有影響，並且產生的波形必須足夠平滑以供負載識別。
根據設備及其功能的不同，電源的開關頻率通常會有很大差異。 電灶、計算機電源和音頻放大器都需要數十或數百千赫茲範圍內的開關速度。
採用 PWM 的另一個關鍵優勢是開關設備的功率損耗極低。 當開關關閉時，沒有電流流過它。 此外，當開關打開並向其負載供電時，其兩端的電壓降可以忽略不計。
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常見問題
摘要
PWM 調光是一種調節 LED 燈亮度的簡單且廉價的方法。 PWM 調光與模擬調光相比具有多種優勢，包括更高的能源經濟性、更精確的控制和更長的使用壽命。 然而，它確實存在幾個問題，例如可能的 EMI 和對高頻開關電路的需求。 然而，PWM調光作為LED燈調節的一項重要技術，其前景可期。
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