1 脉冲电流驱动大功率LED电源电路设计
　　本文拟研究设计大电流窄脉冲直流驱动电源，通过设置脉宽宽度调节PWM^[4]（Pulse Wideth Modulate）基准电流或电压几倍于常规工作值的间隔通断方式，获得LED更高的瞬态光强度，缩短单位时间内的通电时间以实现LED芯片无功率散热；探索提高LED发光效率在电源驱动方向上的实现方案。
　　利用LED的瞬态响应特性（频繁开关响应时间为纳秒级)及人眼的感光滞后效应(如>70Hz，不会觉察闪烁)[3]，设计频率为70Hz、占空比为35％、电流脉冲峰值为3A、平均电流为1A的脉冲电路；设置光敏传感器、温度传感器并经转化电路调节控制PWM基准电压的设定，从而实现占空比主动微调，平均电流变化，进而达到自动调节光强的目的。为实现上述要求，实验原理电路结构设计如图1。

2 脉冲驱动电路实验
　　为了观察不同占空比开关点亮LED时，LED的光电参数变化，设计图2所示的实验电路。采用信号发生器产生70Hz、不同占空比（10％～95％）、峰值为5V的脉冲信号，控制功率开关管通断，LED(采用小功率绿管)由WY精密数显直流稳流稳压电源提供稳压直流供电，利用感光二极管（固定受光面与LED发光面的距离）通过测量串联在感光二极管电路中的电阻分压测定LED的瞬态光强；由于电流表及电压表测量值为线性平均值不能准确测得70Hz下脉冲峰值电流，频率对电路中瞬态峰值电流不会造成太大影响（波动在5%以内），所以采集低频（0.2Hz）下精密电源的电流值及电压值。由于是脉冲间断接通电路点亮LED，单位时间内电路只有高脉宽时间段导通，所以采用电压、电流再和占空比加权可得实际电功率为：
 P=U×I×Q　　　　(1)

　　其中，P为消耗功率，U为加载" title="加载">加载电压，I为加载电流，Q为占空比。
　　采用精确到0.1℃数字温度计，其热电偶紧贴LED管脚固定，在状态平衡5分钟后记录温度值；采用采样频率2.5Hz、精度0.1Lux的照度计。同样由于照度计测量时取采样周期内平均值，为了准确获得一个脉冲周期内点亮LED的最大照度，应测量低频（0.2Hz）下的照度值（所有器件均放入积分球内封闭测量）。
3 实验结果与讨论
　　图3、图5、图6分别显示了在占空比为11%、36%、65%、90%" title="90%">90%下，照度与计算功率的关系，温度随照度的变化关系及照度和光电流（光电二极管中的感光电流）的关系。采用二次曲线拟合，可以发现等功率下小占空比的照度值更高，温度值降低，不同占空比下照度与光电流变化趋于直线。

3.1 不同占空比下功率与照度的关系
　　图3是不同占空比下功率与照度的实验测量结果。自上而下四条曲线分别是占空比为11%、36%、65%、90%时功率（横坐标）与照度（纵坐标）的对应关系。由图可见，随着LED所加载功率的增加，其光强同时提高，并随着功率的进一步增加，逐渐趋于饱和。这与恒流驱动下LED光强衰减曲线特性相吻合，见参考文献[3]。通常的解释是：LED器件在小电流下温度效应不明显，光强随电流增加而线性增加；在大电流情况下，由于明显的热效应，致使LED发光效率降低，光强逐渐趋于饱和。比较图3的实验结果，在10mW功率以下，不同占空比下照度随功率的增加有较好的线性关系；随着功率的进一步增加，不同占空比下的照度趋于逐渐饱和，但是出现了明显的差别。大占空比下的照度变化比小占空比下的照度变化更早趋于饱和。为进一步说明这一实验现象，提取图6的相关实验数据，分析其照度与不同占空比的关系，如图4所示。

　　图4是LED所加载功率自下而上分别为10mW、15mW、20mW、27mW时，照度与占空比的关系。在所有情况下，照度随占空比的增加而减少，照度与占空比成反比变化趋势。而随加载功率的增加，这一现象更为明显。比较10mW和27mW两条曲线的斜率，其变化率接近3倍。显然，小占空比对于保持LED发光状况有正面的作用，在大功率情况下，这一作用将更为明显。说明小占空比脉冲驱动在大功率LED上应用具有实际意义。小占空比下可以为LED加载更大的电流并得到更大的照度，利于在驱动电源方案上实现大功率LED获得更高光亮度。
3.2 不同占空比下温度与照度的关系
　　为了观测不同占空比下照度与LED器件温度的变化关系，本文采用精确到0.1℃的数字温度计，其热电偶紧贴LED管脚固定，在状态平衡5分钟后记录温度值。图5是不同占空比下LED温度与照度的变化关系实验测量结果，自上而下四条曲线分别是占空比为90%、65%、36%、11%时，照度（横坐标）与器件温度（纵坐标）的对应关系。图中可见随着发光照度的增加，LED器件温度成上升趋势，这与直流驱动下LED温度效应曲线变化相一致，见参考文献[3]。但是相同功率下，小占空比驱动的LED温升幅度较小，随着功率的加大，变化趋势更为显著。如照度为100lux时，90%占空比温升是11%下的约1.5倍，这与图4中论证的LED热效应相吻合。另外，同样看到低于10mW（40lux）功率范围内，变化曲线趋于一致，温升幅度变化区别不大，同样也印证了前面3.1节中功率与照度趋势线分析，小占空比脉冲驱动有助于改善大功率LED发光状况，其原因是小占空比对LED热效应有较明显的影响。同样说明小占空比下可以为LED加载更大的电流而得到更大的照度，利于在驱动电源上实现大功率LED获得更高光亮度的实现方案。

3.3 不同占空比下光电流与照度关系比较
　　为了更为直接地评估LED脉冲下的光强变化，实验设计利用感光二级管(固定受光面和LED发光面的距离)通过测量串联在感光二级管电路中的电阻分压测定LED的瞬态光强。图6为实验测量的光电流与照度间对应关系数据。曲线显示不同占空比下光电流与照度的变化趋于一致，这组实验验证了用光电流的测量来代替照度计测量照度光强的可行性。为进一步实验测量70Hz下LED照度提供了条件。

　　通过大电流窄脉冲驱动小功率LED的实验验证，其发光指标得到有效改善，温升幅度降低，光电流与照度成直线关系(偏差10%以内)，为进一步实现大电流窄脉冲驱动大功率LED方案提供了必要准备；对其光通量的测量、光谱的测量，脉冲峰值电流、电压的测量（70Hz）等进行了有意义的探索。后续的工作需要进一步探讨脉冲点亮LED的光效评估方法及脉冲方式对人眼视觉感光习惯的影响。

参考文献
[1] 程江华，谢剑斌，丁文霞，等.白光LED电源驱动电路的设计与实现.电子技术，2005，（8）：51-52.

[2] 国家半岛体照明产业联盟.中国半导体照明产业发展年鉴（2006）.科学出版社，2006.
[3] 周志敏，周纪海，纪爱华，等.LED驱动电路设计与应用.北京：人民邮电出版社，2006，5-30，82-90.
[4] 沈慧.大功率照明LED恒流驱动芯片的设计[D].杭州：浙江大学，2006，38-52.