如何测量脉宽调制LED光源

2021年 2月 1日

话题:

技术小贴士

作者:

Jake Dougherty

脉宽调制（PWM）通过将电压/电流分解为离散部分降低电信号的平均功率。这种技术经常用于通过切换信号的“开启”（全功率）和“关闭”状态控制LED（发光二极管）的视亮度（亮度），导致某个时间段内使用较低的平均功率。

开启状态在整个时间段内所占的时间比称为占空比。占空比越大，则LED越亮。

通常，脉宽调制信号的波形与此类似。

注意上图中电压如何在5伏（V）（“开启”状态）和0V（“关闭”状态）间切换。在该例子中，信号的脉宽为5毫秒（ms），因为这就是信号在每个10ms时间段内在“开启”状态下持续的时间。将该脉宽除以该时间段计算该信号的占空比为0.5或者50%（通常采用百分比表示）。

LED脉宽调制的应用

脉宽调制最常见的应用领域可能就是调光LED灯泡。¹对于人眼而言，快速光脉冲会让灯光看上去稳定但是较暗。灯光的视亮度（亮度）可以通过灯光“开启”脉冲模式所占时间比进行调整。如果开启时间为100%，则灯光达到最大亮度，如果占空比为50%，则灯光会变暗，只有一半亮度。如果用于三基色LED，则脉宽调制可以通过调整红光、绿光、蓝光的亮度进行色彩混合，进而改变人们最终看到的复合色。

脉宽调制可以用于混合不同颜色的光：对于三基色（红/绿/蓝）LED而言，脉宽调制可以通过降低各种颜色的亮度控制混合色中每种颜色的量。（图片 © Sparkfun）

目前，许多显示屏——比如使用背光液晶显示屏笔记本电脑——也采用脉宽调制二级发光管调整屏幕亮度。但是，必须小心地控制脉冲频率防止“闪烁”效应加剧，闪烁效应会导致观看者眼疲劳和头痛。²影响显示器亮度和闪烁感的另一个因素是刷新率：即显示图像每秒钟的更新次数。

如何测量脉宽调制LED

如果设备采用脉宽调制LED，则设备设计师和制造商必须能够测量亮度性能，在产品投放市场前做好质量保证。但是，测量脉宽调制LED光源时会面临一些挑战。在测量具备脉宽调制功能的显示器和LED时，每次测量的结果可能会不同，具体取决于占空比和每次测量捕获的确切脉冲数量。

为了确定准确测量脉宽调制光源亮度的最佳方法，瑞淀最近在我们的一所实验室中进行了一系列测试。这些测试使用了瑞淀的ProMetric^® I-16 成像色度计以及TrueTest™ 软件。结果显示，这种方法可以消除脉宽调制对亮度测量准确性的影响。从根本上说，测量必须捕获足够多的脉冲，以便尽可能降低测量脉冲总数的细微差别带来的影响。

我们制定了一整套指南和方法，用于计算和设计有效的脉宽调制光源测试方法，参见《脉宽调制光源测量指南。该指南提供了一些用户在使用瑞淀ProMetric成像系统和TrueTest软件进行各类脉宽调制LED测试时可以使用的技术。若想了解更多有关脉宽调制测试的信息，请阅读该指南，或者，若您有任何其他问题，请将问题发送至 Support@Radiantvs.com。