PWM調光系統與其他脈沖寬度調制應用

PWM控制在當今的電子領域廣泛地應用，促使PWM在當今電子領域如此廣泛使用的原因，當然是它能夠控制電子領域每個細分領域內的眾多設備?？傮w而言，PWM信號用于調光LED、控制電機和各種其他電子設備。那么，PWM方法的功能是什么？

什么是脈寬調制（PWM）？PWM是一種減少所施加電信號的平均可傳遞功率量的方法。此外，該過程是通過有效地將信號分成不同的部分來實現的。此外，在功能方面，通過快速打開和關閉負載和電源之間的開關來實現對提供給負載的平均電流和電壓的控制。

一、脈沖寬度調制功能和應用

此外，當比較使用中的開關的開啟和關閉周期時，增加開啟時間與關閉時間會增加提供給負載的總功率。正如您可能想象的那樣，這種類型的控件有許多有用的應用程序。例如，PWM與最大功率點跟蹤或MPPT配對是降低太陽能電池板輸出以方便電池使用的主要方法之一。

然而，PWM特別適合運行慣性設備，如電機，這些設備不會很快受到這種獨特開關的影響。同樣，這對于LED來說同樣如此，因為它們的功能以線性方式受其輸入電壓的影響。此外，PWM開關頻率需要足夠高，以免影響負載，但負載感知的結果波形也應該是平滑的。

一般來說，電源必須切換的頻率會因設備及其應用而有很大差異。例如，對于PC電源和音頻放大器，開關必須每分鐘進行幾次，例如電爐和幾十或幾百kHz。此外，使用PWM的顯著優勢之一是開關器件中的功率損耗非常低。事實上，在開關的關閉階段，幾乎沒有電流。此外，在開關的導通階段，在向負載傳輸功率的同時，開關兩端的電壓幾乎沒有下降。

因此，由于功率損耗是電壓和電流的結果，這相當于PWM的功率損耗接近于零。此外，PWM也非常適合數字控制。這是由于數字技術作為一個整體的性質，即1和0或開和關狀態。一般而言，數字技術的固有特性使其能夠輕松實現PWM的功能，因此很容易設置必要的占空比。

PWM目前也用于特定的通信系統，其占空比用于通過通信信道傳送信息。PWM是一種從高頻脈沖生成低頻輸出信號的方法或技術。通過在高電壓和低電壓（直流軌）之間快速切換輸出電壓，例如逆變器支路，低頻輸出基本上成為切換周期內的平均電壓。

如果您還記得，我曾簡要提到過，PWM非常適合作為LED的控制方法，因為它們的功能受輸入電壓影響的線性方式。當然，既然我們指的是光輸出，那么可以肯定地說我們指的是某種形式的調光。我相信您知道，在這種情況下，調光是我們改變LED光輸出的過程。我們利用這個過程來節省能源、延長LED的生命周期、提供其他功能，甚至在某些情況下設置氛圍。

二、LED調光系統中的脈沖寬度調制

在LED之前使用的大多數調光系統以及今天使用的調光系統都具有迎合白熾燈泡的設計。此外，這些調光系統通常使用正相和反相調光方法，其中調光器切斷或中斷線路輸入（AC）以降低負載（驅動器）的總功率。此外，輸入功率的降低會導致驅動器的輸出降低，從而導致亮度降低。

然而，與傳統的白熾燈泡相比，這種特殊調光方法的副作用是效率降低。此外，它還會產生電流浪涌、交流失真和不需要的EMI輻射。然而，對于LED，情況并非如此。一般來說，除了成本增加之外，LED在各方面都更勝一籌。

LED提供更高的光質量、效率、生命周期和耐用性?？傮w而言，如前所述，與白熾燈泡相比，對LED進行調光具有幾個優勢。此外，由于LED的光強度與其輸入電流和電壓直接相關，因此調光可以節省能源。此外，如前所述，對LED進行調光可延長生命周期，因為它們在調光期間以較低的溫度工作。一般來說，與其他光源相比，LED具有較寬的調光范圍，并且提供的調光不到其最大輸出的1%。

三、調光LED的方法

總的來說，每個LED設備都需要一個驅動器來實現調光，目前，驅動器使用兩種標準方法來完成這項任務。第一個是PWM，這個之前已經討論過，另一個是恒流減壓或模擬調光。

四、脈寬調制（PWM）

如前所述，使用PWM時，LED在LED的額定電流下以高頻關閉和打開。此外，這種快速切換的速度足以讓人眼看到。最終，LED亮起的時間（占空比）與一個完整周期的總時間之比決定了LED的亮度級別。

PWM調光的優點：

（1）提供更精確的輸出電平。
（2）非常適合需要保持LED特定特性（例如效率、顏色或溫度）的應用。
（3）提供更廣泛的調光范圍。
（4）通過在其建議的正向電流和正向電壓工作點運行LED來避免顏色偏移。

PWM調光的缺點：

（1）需要既昂貴又復雜的驅動程序。
（2）由于開關周期的快速上升沿和下降沿，快速開關會產生EMI輻射。
（3）如果使用較長的導線，由于導線的固有特性（電感和電容）會干擾PWM的快速邊沿，它會在驅動器中產生性能問題。

五、恒流降低（CCR）

使用恒定電流降低方法（CCR），電流連續流過LED。因此，LED一直處于開啟狀態，這與PWM方法不同，在這種方式中LED在開啟和關閉狀態之間波動。但是，使用CCR，您可以通過改變或改變電流電平來控制LED的亮度。

CCR調光方法的優點：

（1）非常適合具有嚴格EMI要求的應用以及使用長線路的遠程應用。
（2）CCR使用的驅動器可提供比使用PWM（24.8V）的驅動器更高的輸出電壓限制（60V）。這些規范是指UL分類的2類驅動器，適用于潮濕和干燥的地方。

CCR調光方式的缺點：

（1）CCR方法不適用于需要調光低于最大輸出10%的應用。這是由于在極低電流下LED的光產生不一致?？傊?，使用這種方法的LED在這些電流水平上表現不佳。
（2）使用低驅動電流會產生不一致的顏色。

PWM是一種通用的控制方法，在電子領域有很多應用。此外，LED受電流和電壓影響的線性方式使它們成為PWM控制方面的理想候選者。盡管還有其他控制方法，但就LED的調光系統而言，事實仍然是最有利的方法是脈沖寬度調制。

以上就是英銳恩單片機開發工程師分享的“PWM調光系統與其他脈沖寬度調制應用”。英銳恩專注單片機應用方案設計與開發，提供8位單片機、16位單片機、32位單片機。