隨著LED顯示屏的市場不斷增長，高對比度變成了一個(gè)時(shí)髦的詞。最近，業(yè)內(nèi)一家電子制造商巨頭推出了具備動態(tài)LED背光控制的高清晰度70英寸LCD電視，其對比度高達(dá)500,000：1，耗電量卻減少了一半。該公司將如此高的對比度歸功于調(diào)光技術(shù)的采用。

　　對比度一般都被定義為系統(tǒng)可產(chǎn)生出的最亮色彩(白色)與最暗色彩(黑色)的發(fā)光度比率。可以通過控制進(jìn)入的正向電流來調(diào)節(jié)LED的亮度級別，即模擬調(diào)光。LED的色彩可以隨著正向電流的變化而位移，因此對于一些可容忍色彩位移的低檔照明系統(tǒng)而言，模擬調(diào)光不失為一個(gè)合適的選擇。但是，對于基于LED的LCD顯示屏等的高端應(yīng)用來說，為獲得想要的色彩一致性和各種亮度級別，就必須采用更復(fù)雜的調(diào)光技術(shù)。針對高端應(yīng)用的LED驅(qū)動器一般都采用固定頻率工作模式與PWM調(diào)光機(jī)制。在PWM調(diào)光中，LED正向電流以減少的占空比在0%至100%間轉(zhuǎn)換，以進(jìn)行亮度控制。然而，PWM調(diào)光信號的頻率必須大于100Hz，以免出現(xiàn)閃爍或抖動。為盡量降低可聽到噪聲和輻射，高端照明系統(tǒng)的調(diào)光頻率范圍一般要求幾萬赫茲。可是，更高的調(diào)光頻率將大幅縮小驅(qū)動的調(diào)光范圍，反而降低系統(tǒng)的最大亮度。本文將探討在固定頻率、時(shí)間延遲磁滯控制和固定導(dǎo)通時(shí)間的降壓式LED驅(qū)動器中，高頻PWM調(diào)光技術(shù)的性能表現(xiàn)，并通過測試數(shù)據(jù)來衡量不同配置下的性能。

　　調(diào)光范圍

　　在PWM調(diào)光中，LED正向電流以受控的占空比(DDim)進(jìn)行開/關(guān)(ON/OFF)，以達(dá)到想要的亮度級別。DDim的動態(tài)范圍定義了PWM調(diào)光配置所能實(shí)現(xiàn)的最大亮度級別。如上所述，LED亮度與LED正向電流成比例，因此，在使用PWM調(diào)光配置時(shí)所得到的最高和最低LED電流平均值分別由式1和式2表示。

　　ILED_Max=DDim_Max×ILED (1)

　　ILED_Min=DDim_Min×ILED (2)

　　其中，ILED為LED電流，ILED_Max為LED電流的平均最高值，ILED_Min為LED電流的平均最低值，DDim_Max為最大調(diào)光占空比，DDim_Min為最小調(diào)光占空比。因此，最高和最低LED明亮的比率，又被看作PWM調(diào)光范圍，用式3表示。

　　調(diào)光范圍=DDim_Max/DDim_Min (3)

　　式3表示PWM調(diào)光范圍與最大、最小調(diào)光占空比之間的關(guān)系。對于給定的調(diào)光頻率FDim，DDim_Max表示最大占空比，即LED電流在下一個(gè)調(diào)光周期開始前，從所需的正向電流降低至零的時(shí)間;DDim_Min表示最小占空比，即LED電流由零升至所需的正向電流(IF)的時(shí)間。

　　從圖1(a)可見，DDim_Max和DDim_Min用式5表示。

　　DDim_Max=(T-tSD)/T (4)

　　DDim_Min=(tD+tSU)/T (5)

　　其中，T為調(diào)光周期(T=1/FDim)，tD為從DIM脈沖上升沿到電源FET第一個(gè)脈沖之間的延遲，tSU為LED電流從零升至所需電流的上升時(shí)間，tSD為從DIM脈沖的下降沿到LED電流等于零之間的下降時(shí)間。

圖1(a)：最大和最小的PWM調(diào)光占空比;圖1(b)：最常用的PWM調(diào)光配置。

　　式4和式5表達(dá)了DDim_Max、DDim_Min與LED驅(qū)動器的傳動(power-train)特性和PWM調(diào)光方案之間的關(guān)系。下文將討論幾種不同的PWM調(diào)光方案。

　　PWM調(diào)光方案

　　可以采用多個(gè)不同的電路來實(shí)現(xiàn)正向LED電流的開/關(guān)切換，圖1(b)是最常用的PWM調(diào)光配置。

　　在使能調(diào)光方案(圖1b(A))中，LED電流的開/關(guān)是通過把開關(guān)穩(wěn)壓器或者電源FET驅(qū)動器設(shè)置成使能(Enable)或失效(Disable)來實(shí)現(xiàn)的。使能調(diào)光的缺點(diǎn)是調(diào)光延遲較大(tD，tSU&tSD)。tD指需要啟動開關(guān)穩(wěn)壓器電路所需的時(shí)間。如果利用調(diào)光信號去開/關(guān)電源FET驅(qū)動器，而不是去開關(guān)穩(wěn)壓器，則可以消除這種延遲。tSU和tSD指電感器電流上升至所需LED電流，并將電流下降到零電流所需的時(shí)間，這種延遲很大程度視乎LED驅(qū)動器的傳動特性。使能調(diào)光方案可以在低調(diào)光頻率下提供較大的調(diào)光范圍。但是，由于調(diào)光延遲比較大，如果增加調(diào)光頻率，會明顯降低調(diào)光范圍。

　　串行調(diào)光方案(圖1b(B))將一個(gè)開關(guān)與LED串聯(lián)在一起，這樣，LED電流從IF和零之間的切換將隨著串聯(lián)開關(guān)的導(dǎo)通(ON)和斷開(OFF)來執(zhí)行。在這種配置中，當(dāng)串行開關(guān)器導(dǎo)通時(shí)，峰值檢測器被用來確保電壓信號在反饋引腳(FB)處的連續(xù)性。串行調(diào)光沒有延遲時(shí)間tD和tSD，因此要優(yōu)于使能調(diào)光。不過，這種方法的tSU較大，在高調(diào)光頻率下所能達(dá)至的調(diào)光范圍比較小。

　　并行調(diào)光方案(圖1b(C))把一個(gè)分流開關(guān)與LED并聯(lián)在一起。一旦將這個(gè)開關(guān)設(shè)置成OFF或ON，立刻會有電流IF流進(jìn)或者流出LED。并行調(diào)光能明顯減少tD、tSU和tSD，因?yàn)樗砷L期維持連續(xù)的電感器電流，這個(gè)電流的平均值大約等于所需的LED正向電流。因此，這種調(diào)光配置適合那些在高調(diào)光頻率下要求寬調(diào)光范圍的應(yīng)用。但是，并行調(diào)光必須配合開關(guān)穩(wěn)理器拓樸來使用，因?yàn)橹挥羞@種布局才可提供連續(xù)的輸出電感器電流。此外，由于分流開關(guān)(shunt switch)的功率耗散，這種方式將降低整體系統(tǒng)的效率。下文將探討與固定頻率、磁滯和固定導(dǎo)通時(shí)間降壓式LED驅(qū)動器一起工作時(shí)，使能調(diào)光和并行調(diào)光方案的性能。