如何测量脉宽调制LED光源

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。

Pulse-Width Modulated Signal Example

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。

Pulse-width modulation LED color mixing

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

Read the Guide_Pulse-width modulated sources

 

 

 

 

 

 

引用文献

  1. Szolusha, K., "Dimming LEDs with pulse-width modulation", Electronic Engineering Times (EE Times), January 28, 2013
  2. Reverand, C., “Why Pulse-Width Modulation (PWM) is such a headache”, Notebook Check, December 18, 2017


 

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