PWM信号在LED驱动电源中的应用-原理图|技术方案

脉冲宽度调制（PWM）是利用微处理器的数字输出来对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术，从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中广泛应用，以其控制简单，灵活和动态响应好的优点而成为电力电子技术最常见的控制方式。

一、PWM原理

脉宽调制（PWM）控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率，如图1所示为脉宽调制原理图。

图1  脉宽调制原理图

例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积（即冲量）相等，就得到一组脉冲序列，这就是PWM波形。根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的，如图2所示为正弦波PWM调制波形。

图2  正弦波PWM调制

二、PWM在LED驱动电源中的作用

PWM信号驱动是LED驱动电源中的一种。 许多LED应用都需要具备调光功能，比如LED背光或建筑照明调光。通过调整LED的亮度和对比度可以实现调光功能。简单地降低器件的电流也许能够对LED发光进行调整,但是让LED在低于额定电流的情况下工作会造成许多不良后果，比如色差问题。取代简单电流调整的方法是在LED驱动器中集成脉宽调制(PWM)控制器。

PWM的信号并不直接用于控制LED，而是控制一个开关，例如一个MOSFET,以向LED提供所需的电流。PWM控制器通常在一个固定频率上工作并且对脉宽进行调整,以匹配所需的占空比，应用者的系统只需要提供宽、窄不同的数字式脉冲，即可简单地实现改变输出电流，从而调节LED的亮度。当前大多数LED芯片都使用PWM来控制LED发光,为了确保人们不会感到明显的闪烁,PWM脉冲的频率必须大于100HZ。PWM控制的主要优点是通过PWM的调光电流更加精确,最大程度地降低LED发光时的色差，如图3所示为脉宽调制（PWM）LED驱动器控制电路。

图3  脉宽调制（PWM）LED驱动器控制电路

三、如何准确分析LED驱动电源中的PWM信号

PWM信号在LED驱动电源中的作用已经不言而喻了，那么如何才能做出高质量的PWM驱动电源呢？广州致远电子ZDS4054PLUS示波器基于512M的存储深度，可以长时间观测PWM驱动器控制LED灯光变化时的脉宽长度变化，便于工程师对灯光亮度进行准确的调节。100万次每秒的波形刷新率和丰富的触发方式快速捕获PWM信号，并且在ZOOM放大模式下，可对波形细节进行重点分析。如图4所示为PWM信号调制波形。

图4  PWM调制信号

同时在LED驱动电源中最重要的就是对脉宽信号进行准确的测量，ZDS4054PLUS示波器基于51种参数测量可对脉冲宽度、幅值、信号的上升时间等参数准确测量，大大加快研发进程，而且可以通过分段存储方式对每次触发到的PWM波形进行存储，便于分析。如图5为使用ZDS4054Plus示波器测得的PWM信号放大波形。

图5  PWM信号ZOOM放大波形

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物联网的价值在于让物体也拥有了“智慧”，从而实现人与物、物与物之间的沟通，物联网的特征在于感知、互联和智能的叠加。物联网作为一种融合发展的技术，其产业在自身发展的同时，同样会带来庞大的产业发展。随着《中国制造2025》、“互联网+”行动计划以及《国家集成电路产业发展推进纲要》的大力推进，传感器技术及传感器产业的重要地位日益凸显。作为物联网感知层中的重要组成部分，传感器市场也不断迎来巨大商机。

ADI亚太区微机电产品市场与应用经理 赵延辉

ADI亚太区微机电产品市场与应用经理赵延辉认为，IoT给传感器市场带来了巨大的商机，对传感器的需求也会是各种各样的。他就物联网时代传感器的特征进行了说明，他表示：“众所周知，自然中的信号都是模拟输出的，要感知它们并做相应的处理，以至于后续的数据互联网化，为用户提供分析和服务，前提都是传感器。所以IoT时代传感器的特征之一就是多样化。”

“特征之二是智能化，传统传感器就是把自然界的信号转换成电信号以便于数字化处理，但在物联网时代，更有价值的是数据分析以及基于此的后续服务，这就要求传感器本身要更智能化，才能有更高的附加值。比如针对工业市场，用加速度计产品做振动分析应用。如果芯片厂商只能提供一个加速度计，那就是单纯的提供原始数据，也就是传感功能；更高一级的是对原始数据做信号调理，数字化输出，甚至是同时提供时序信息和频域信息，这样附加值就多了一些；再高一级是针对时序和频域信息，在有问题发生时，给出警报信号，让用户马上采取措施，此时附加值更高；最高级是根据一系列分析，在问题还没发生时，就能预知是哪个部件造成的问题并给出相应的解决方案，这就不单单是提供硬件解决方案了，还包括软件算法，以及经验分析，此时才能把传感器的价值最大化，可以称之为智能化的传感器，或者说高附加值的传感器。”

“特征之三是指标要求多样化，严格化。为了满足不同的物联网市场需求，对传感器提出了多样化的指标要求。针对不同应用，会要求某项指标做到极致。比如运动健康监测产品，用户不希望总要想着频繁充电，这就要求传感器的功耗要足够低，以让电池能持续工作一个月，甚至是一年，十年的时间。再比如工业自动化产品，用户希望控制精度达到厘米甚至毫米级，这就要求传感器的噪声要足够低，温漂足够小，长期稳定性足够好。”

赵延辉先生表示，针对以上三点ADI都有新的突破。第一，丰富传感器种类，除了传统的MEMS加速度计，陀螺仪，IMU，隔离，温度，接触等传感器外，也在近些年推出了光传感器，磁阻传感器，压力传感器等多种类传感器。第二，对传感器做智能化处理，ADI处分利用自己渝50年的信号调理经验，将前端传感器、信号调理、数字化处理、算法分析等集成到一颗器件中，给用户提供“单芯片”的，“即买即用”解决方案。比如ADI的振动分析传感器ADIS16228，它里面就集成了工业级3轴的加速度传感器，信号调理，ADC采样，基于处理器的FFT分析，并可根据分析结果在本地给出报警信号。第三，针对不同的市场需求，ADI都有定制一些极致的产品。比如针对运动健康监测类的ADXL362，用户希望在运动时启动运动分析，在相对静止时，系统可以休眠以节省功耗。实现类似功能，ADXL362的功耗只有270nA左右，对于像CR2032这样的纽扣电池，用ADXL362实现这样功能，可以持续工作93年。当然，一旦进入运动状态，做走路或跑步的运动分析时，需要加速度计提高输出数据速率，一般常用是100Hz左右，这时ADXL362的功耗是1.8uA左右。还有些产品希望用加速度计的单击和双击功能来做人机交互，这时需要更高的加速度输出数据速率，最高可达400Hz，而即使此时，在最高3.5V供电的情况下，ADXL362的功耗也只有5uA左右。正因为这些超低功耗的性能，才帮助某些可穿戴产品实现了一个月甚至是一年的待机时间。

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