LED PWM調光電路

發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)是非常敏感的電子元件，一旦超過其額定電流或電壓，它們的壽命可以從原本很高50,000+小時被削減只剩下1秒或是幾微秒。LED是電流驅動的，表示它們所產生的光強度取決於電流量。

LED是一個二極管，它可以實現快速開關，它允許開關速度高達微秒甚至奈秒，是任何發光元件所無法比擬的。因此，只要把電源改成脈衝恆流源，用改變脈衝寬度的方法，就可以改變其亮度，這種方法稱為脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)調光法。這種調光方式就像一個以高達微秒以上開關的水閘，由於該水閘開關頻率很快，快到我們無法用肉眼識別其開關的狀態，其結果是我們只能夠通下游水量的多少，才能識別其開關頻率的快慢。另外由於該水閘改變的是輸出水流的佔空比(水流有效流量)，不改變水流的瞬間水壓(電壓)及瞬間流量(電流)，因此該水閘的高達微秒以上開關動作不會影響水力發電的工作，因為瞬間水壓及瞬間流量不變，改變的是下流的水量及發電的總量。

因此，以PWM調光方式不改變輸入LED PN接面的瞬間電壓及瞬間電流，只改變的是輸出電流的佔空比，從而改變其亮度，其範例電路如圖1。

 

PWM調光方式還有以下的優點：

1. 不會產生任何LED色譜偏移，因為LED始終工作在滿幅度電流和0之間。
2. 有極高的調光精確度，因為脈衝波形完全可以控制到很高的精度，所以很容易實現萬分之一的精度。
3. 即使在很大範圍內調光，也不會發生閃爍現象。因為不會改變恆流源的工作條件(升壓比或降壓比)，更不可能發生過熱等問題。
4. 可以和數為控制技術(單晶片:8051、MSP430、Arduino)相結合來進行控制，因為數位控制信號很容易變換成為一個PWM信號。

 

雖然PWM調光方式有很多優點，但是需要注意以下兩個小問題：

1. 脈衝頻率的選擇，因為LED是處於快速開關狀態，假如工作頻率很低，人眼就會感到閃爍。為了充分利用人眼的視覺殘留現象，它的工作頻率應當高於100Hz，最好為200Hz。
2. 消除調光引起的嘯聲，雖然200Hz以上人眼無法察覺，可是一直到20kHz卻都是人耳聽覺的範圍。這時候就有可能會聽到絲絲的聲音。解決這個問題有兩種方法，一是把開關頻率提高到20kHz以上，跳出人耳聽覺的範圍。另一種方法是找出發聲的器件而加以處理。