白光LED的PWM驅(qū)動(dòng)原理

　　脈沖調(diào)寬信號(hào)的形成電路有3種：1)可用電壓-脈寬變換器產(chǎn)生，即硬件產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào);2)由軟件定時(shí)產(chǎn)生，由定時(shí)器定時(shí)，定時(shí)時(shí)間受軟件控制，并從脈寬信號(hào)的輸出口P1.0或其他口輸出脈寬可調(diào)信號(hào);3)由單片機(jī)控制外接定時(shí)/計(jì)數(shù)器(如8253)硬件電路產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)，只需用兩個(gè)計(jì)數(shù)器分別工作于方式l和方式2，通過硬件連接便可以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)。其中，第1種是硬件電路實(shí)現(xiàn)，電路復(fù)雜。第2種使用定時(shí)器TO，但由于系統(tǒng)計(jì)數(shù)器不足，必須擴(kuò)展。第3種是利用8253，非常方便，而且占用的軟件時(shí)間少。

　　Atmega 16單片機(jī)帶有4通道PWM，而且有快速PWM模式、相位修正PWM模式等多種工作模式?？紤]到成本及整個(gè)系統(tǒng)的簡化，本設(shè)計(jì)直接利用Atmega 16單片機(jī)產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào).

2.2 PWM驅(qū)動(dòng)白光LED

　　LED的發(fā)光強(qiáng)度基本上正比于通過LED器件的電流，這說明脈沖電流的平均電流與直流電流相同的條件下，LED的發(fā)光亮度一樣。另外，用高幅值的脈沖電流驅(qū)動(dòng)LED，然后通過調(diào)節(jié)脈沖的占空比獲得較合適的平均電流，這樣可以降低功耗。因?yàn)楫?dāng)LED工作在脈沖狀態(tài)時(shí)，人眼覺察到的LED亮度值是介于峰值亮度與平均亮度值之間的。因此，脈沖電流驅(qū)動(dòng)LED可比直接恒流驅(qū)動(dòng)的LED更亮，即獲得同樣的發(fā)光亮度，脈沖電流驅(qū)動(dòng)方式比直流電流驅(qū)動(dòng)方式所需要的平均電流值更小。

　　其次，對于LED，如果采用脈沖電路驅(qū)動(dòng)，其控制部分采用脈寬調(diào)制方式，與恒流控制方式相比，控制部分的控制效率會(huì)有比較大的提升，另外還可去掉限流電阻或減小其值。因此，從節(jié)能的角度出發(fā)，采用脈沖電源驅(qū)動(dòng)方式更好。

　　脈沖驅(qū)動(dòng)方式是利用人眼的視覺惰性，采用重復(fù)向LED器件通斷供電的方式使之點(diǎn)亮的。但采用這種驅(qū)動(dòng)方式通常需考慮脈沖電流幅值的確定和重復(fù)頻率的選擇。要獲得與直流驅(qū)動(dòng)方式相當(dāng)?shù)陌l(fā)光強(qiáng)度，脈沖驅(qū)動(dòng)電流的平均值Ia應(yīng)與直流驅(qū)動(dòng)的電流值相同。如圖3所示，平均電流是瞬間電流i的時(shí)間積分。

　　對于矩形波，有

　　式中，Ic為直流驅(qū)動(dòng)電流值，Ia為脈沖驅(qū)動(dòng)電流平均值，IF為脈沖電流幅值，ton/T是占空比。

　　為了使脈沖驅(qū)動(dòng)方式下的平均電流Ia與直流驅(qū)動(dòng)電流Ic相同，則需使其脈沖電流幅值IF滿足：

　　可見脈沖驅(qū)動(dòng)時(shí)，脈沖電流的幅值是直流驅(qū)動(dòng)電路的電流幅值的T/ton倍。需注意驅(qū)動(dòng)器件的工作頻率，當(dāng)頻率超過一定范同，器件將無法正常工作，因?yàn)槠骷o法正常導(dǎo)通和關(guān)斷。LED的工作頻率是10 MHz到幾百M(fèi)Hz范圍內(nèi)。