PWM调光系统与其他脉冲宽度调制应用

PWM控制在当今的电子领域广泛地应用，促使PWM在当今电子领域如此广泛使用的原因，当然是它能够控制电子领域每个细分领域内的众多设备。总体而言，PWM信号用于调光LED、控制电机和各种其他电子设备。那么，PWM方法的功能是什么？

什么是脉宽调制（PWM）？PWM是一种减少所施加电信号的平均可传递功率量的方法。此外，该过程是通过有效地将信号分成不同的部分来实现的。此外，在功能方面，通过快速打开和关闭负载和电源之间的开关来实现对提供给负载的平均电流和电压的控制。

一、脉冲宽度调制功能和应用

此外，当比较使用中的开关的开启和关闭周期时，增加开启时间与关闭时间会增加提供给负载的总功率。正如您可能想象的那样，这种类型的控件有许多有用的应用程序。例如，PWM与最大功率点跟踪或MPPT配对是降低太阳能电池板输出以方便电池使用的主要方法之一。

然而，PWM特别适合运行惯性设备，如电机，这些设备不会很快受到这种独特开关的影响。同样，这对于LED来说同样如此，因为它们的功能以线性方式受其输入电压的影响。此外，PWM开关频率需要足够高，以免影响负载，但负载感知的结果波形也应该是平滑的。

一般来说，电源必须切换的频率会因设备及其应用而有很大差异。例如，对于PC电源和音频放大器，开关必须每分钟进行几次，例如电炉和几十或几百kHz。此外，使用PWM的显着优势之一是开关器件中的功率损耗非常低。事实上，在开关的关闭阶段，几乎没有电流。此外，在开关的导通阶段，在向负载传输功率的同时，开关两端的电压几乎没有下降。

因此，由于功率损耗是电压和电流的结果，这相当于PWM的功率损耗接近于零。此外，PWM也非常适合数字控制。这是由于数字技术作为一个整体的性质，即1和0或开和关状态。一般而言，数字技术的固有特性使其能够轻松实现PWM的功能，因此很容易设置必要的占空比。

PWM目前也用于特定的通信系统，其占空比用于通过通信信道传送信息。PWM是一种从高频脉冲生成低频输出信号的方法或技术。通过在高电压和低电压（直流轨）之间快速切换输出电压，例如逆变器支路，低频输出基本上成为切换周期内的平均电压。

如果您还记得，我曾简要提到过，PWM非常适合作为LED的控制方法，因为它们的功能受输入电压影响的线性方式。当然，既然我们指的是光输出，那么可以肯定地说我们指的是某种形式的调光。我相信您知道，在这种情况下，调光是我们改变LED光输出的过程。我们利用这个过程来节省能源、延长LED的生命周期、提供其他功能，甚至在某些情况下设置氛围。

二、LED调光系统中的脉冲宽度调制

在LED之前使用的大多数调光系统以及今天使用的调光系统都具有迎合白炽灯泡的设计。此外，这些调光系统通常使用正相和反相调光方法，其中调光器切断或中断线路输入（AC）以降低负载（驱动器）的总功率。此外，输入功率的降低会导致驱动器的输出降低，从而导致亮度降低。

然而，与传统的白炽灯泡相比，这种特殊调光方法的副作用是效率降低。此外，它还会产生电流浪涌、交流失真和不需要的EMI辐射。然而，对于LED，情况并非如此。一般来说，除了成本增加之外，LED在各方面都更胜一筹。

LED提供更高的光质量、效率、生命周期和耐用性。总体而言，如前所述，与白炽灯泡相比，对LED进行调光具有几个优势。此外，由于LED的光强度与其输入电流和电压直接相关，因此调光可以节省能源。此外，如前所述，对LED进行调光可延长生命周期，因为它们在调光期间以较低的温度工作。一般来说，与其他光源相比，LED具有较宽的调光范围，并且提供的调光不到其最大输出的1%。

三、调光LED的方法

总的来说，每个LED设备都需要一个驱动器来实现调光，目前，驱动器使用两种标准方法来完成这项任务。第一个是PWM，这个之前已经讨论过，另一个是恒流减压或模拟调光。

四、脉宽调制（PWM）

如前所述，使用PWM时，LED在LED的额定电流下以高频关闭和打开。此外，这种快速切换的速度足以让人眼看到。最终，LED亮起的时间（占空比）与一个完整周期的总时间之比决定了LED的亮度级别。

PWM调光的优点：

（1）提供更精确的输出电平。
（2）非常适合需要保持LED特定特性（例如效率、颜色或温度）的应用。
（3）提供更广泛的调光范围。
（4）通过在其建议的正向电流和正向电压工作点运行LED来避免颜色偏移。

PWM调光的缺点：

（1）需要既昂贵又复杂的驱动程序。
（2）由于开关周期的快速上升沿和下降沿，快速开关会产生EMI辐射。
（3）如果使用较长的导线，由于导线的固有特性（电感和电容）会干扰PWM的快速边沿，它会在驱动器中产生性能问题。

五、恒流降低（CCR）

使用恒定电流降低方法（CCR），电流连续流过LED。因此，LED一直处于开启状态，这与PWM方法不同，在这种方式中LED在开启和关闭状态之间波动。但是，使用CCR，您可以通过改变或改变电流电平来控制LED的亮度。

CCR调光方法的优点：

（1）非常适合具有严格EMI要求的应用以及使用长线路的远程应用。
（2）CCR使用的驱动器可提供比使用PWM（24.8V）的驱动器更高的输出电压限制（60V）。这些规范是指UL分类的2类驱动器，适用于潮湿和干燥的地方。

CCR调光方式的缺点：

（1）CCR方法不适用于需要调光低于最大输出10%的应用。这是由于在极低电流下LED的光产生不一致。总之，使用这种方法的LED在这些电流水平上表现不佳。
（2）使用低驱动电流会产生不一致的颜色。

PWM是一种通用的控制方法，在电子领域有很多应用。此外，LED受电流和电压影响的线性方式使它们成为PWM控制方面的理想候选者。尽管还有其他控制方法，但就LED的调光系统而言，事实仍然是最有利的方法是脉冲宽度调制。

以上就是英锐恩单片机开发工程师分享的“PWM调光系统与其他脉冲宽度调制应用”。英锐恩专注单片机应用方案设计与开发，提供8位单片机、16位单片机、32位单片机。