什么是 PWM 调光？

PWM 调光本质上是通过高速开关 LED，使其在一个固定周期内不断导通与截止。

例如：

  • PWM 频率：1000Hz

  • 占空比：50%

表示 LED 每 1ms 工作一个周期，其中 0.5ms 点亮，0.5ms 熄灭。

由于人眼具有视觉暂留效应，当 PWM 频率足够高时，人眼会认为 LED 连续发光，而不会感觉到闪烁。

LED 平均亮度满足：

平均亮度 = 峰值亮度 × 占空比

因此，仅通过调整 Duty Cycle（占空比）即可实现亮度调节，而 LED 工作电流始终保持最佳值。

为什么会产生频闪？

虽然 PWM 理论上不会改变 LED 光谱，但实际系统中仍然可能产生明显频闪。

主要原因包括以下几个方面。

1、PWM 频率过低

这是最常见的问题。

例如：

  • 100Hz

  • 120Hz

  • 200Hz

在人眼快速移动、余光观察或高速运动物体情况下，都容易观察到明显闪烁。

尤其手机摄像头采用滚动快门（Rolling Shutter），低频 PWM 会形成明显黑色条纹。

一般建议：

应用推荐 PWM 频率
普通照明≥500Hz
办公照明≥1kHz
摄影补光≥5kHz
工业视觉≥20kHz

2、电源纹波叠加

LED 电流除了 PWM 外，还可能叠加：

  • 工频纹波（100Hz /120Hz）

  • 开关电源纹波

  • 输出电容不足

  • 恒流环路震荡

例如：

LED 电流本应为：

500mA

实际却变成：

500±40mA

即使 PWM 足够高，人眼仍可能感受到亮度变化。

3、驱动响应速度不足

有些 LED Driver：

  • MOSFET 开关较慢

  • 运放带宽不足

  • 恒流环路补偿设计不合理

导致：

PWM 已经切换完成，

而 LED 电流仍在缓慢建立。

示波器可看到：

理想：

____|￣￣￣￣|____

实际：

__/￣￣￣￣＼__

出现明显上升沿、下降沿拖尾。

4、电感、电容参数选择不合理

Buck LED Driver 中：

输出 LC 滤波参数直接影响：

  • 电流纹波

  • 响应速度

  • EMI

例如：

输出电容过大：

PWM 每次开启时：

LED 电流建立较慢。

输出电感过小：

纹波变大。

因此需要平衡：

  • 稳定性

  • 响应速度

  • 调光性能

PWM 频闪如何测量？

很多工程师仅用万用表测量 LED 电压，这是远远不够的。

常用方法包括以下几种。

方法一：示波器测量 LED 电流

这是最准确的方法。

测量位置：

  • LED 串联采样电阻

  • 恒流检测电阻

观察：

  • PWM 波形

  • 电流纹波

  • 上升时间

  • 下降时间

  • 过冲

重点关注：

峰峰值：

Ripple Current

以及：

Duty 是否准确。

方法二：光电二极管测量

更加符合实际亮度。

连接方式：

LED

↓

光电二极管

↓

TIA 放大器

↓

示波器

最终测得：

实际光输出。

可以发现：

即使 LED 电流稳定，

光输出仍可能存在振荡。

方法三：频闪测试仪

专业照明行业通常采用：

  • Flicker Meter

  • 光谱照度计

  • 闪烁分析仪

主要指标包括：

  • Flicker Percent

  • Flicker Index

  • SVM（Stroboscopic Visibility Measure）

  • PstLM

这些指标已经成为现代 LED 灯具的重要认证依据。

如何降低 PWM 频闪？

提高 PWM 调光频率

这是最直接的方法。

通常建议：

  • 家用照明：1kHz 左右

  • 摄影灯：10kHz

  • 工业视觉：20kHz 以上

不过频率过高也会带来：

  • MOSFET 开关损耗增加

  • EMI 增大

  • MCU 定时器分辨率下降

因此需综合考虑。

增加输出滤波

适当增加：

  • 输出电容

  • LC 滤波

  • RC 滤波

可以减小：

LED 电流纹波。

例如：

Buck

↓

L

↓

C

↓

LED

输出更加平滑。

但是：

电容不能无限增大。

否则：

PWM 响应速度下降。

采用模拟调光 + PWM 混合调光

目前很多高端 Driver 都采用：

Hybrid Dimming。

例如：

100%~10%

使用模拟调光。

10% 以下：

切换 PWM。

这样：

既保持高效率，

又避免低亮度频闪。

优化控制环路

合理设计：

  • 补偿网络

  • 环路带宽

  • 电流采样

避免：

PWM 每次切换时：

恒流环路发生震荡。

通常：

环路带宽建议远低于 PWM 开关频率，但要保证具有足够的动态响应能力。

使用低 ESR 电容

输出电容 ESR（等效串联电阻）过高，会导致：

Ripple Voltage ↑

↓

Ripple Current ↑

↓

亮度波动 ↑

推荐：

  • 多层陶瓷电容（MLCC）

  • 固态聚合物电容

降低输出纹波。

PCB 布局优化

PCB 同样影响频闪。

建议：

  • LED 电流回路尽量短。

  • 功率地与信号地合理分区。

  • PWM 驱动走线避免与采样信号平行。

  • 恒流采样电阻靠近控制芯片。

  • MOSFET 与电感回路面积最小化。

合理布局不仅能够降低 EMI，还能改善调光稳定性。

不同应用对频闪的要求

应用场景推荐 PWM 频率对频闪要求
家庭照明≥500Hz一般
办公照明≥1kHz较高
教育照明≥2kHz高
医疗照明≥5kHz很高
摄影补光≥10kHz极高
工业机器视觉≥20kHz极高
汽车照明2～20kHz高