第3章 PWM调光技术

3. PWM调光技术：从原理到实战

说到LED调光，PWM绝对是绕不开的核心技术。我做了这么多年LED驱动，可以说90%以上的调光方案都离不开它。今天咱们就把它彻底讲透。

3.1 PWM调光原理

PWM，全称是脉冲宽度调制。说白了，就是通过快速开关LED，用眼睛的视觉暂留效应来模拟亮度变化。

你想想看，LED要么全亮，要么全灭。那怎么调光呢？

答案很简单：让LED在「亮」和「灭」之间快速切换。亮的时间长，灭的时间短，人眼就觉得亮；反过来就觉得暗。这就是PWM的核心思想。

关键公式：

平均亮度 = 全亮亮度 × 占空比

占空比 = 导通时间 / 周期时间 × 100%

举个例子。假设周期是1ms，LED亮0.5ms、灭0.5ms，占空比就是50%。这时候你看到的亮度，大约是满亮度的50%。

我在项目中遇到过一个问题：有客户说LED亮度调不低，最低只能到30%。后来一查，是PWM频率太低，LED在低占空比时出现了明显的闪烁。嗯，这里要注意，频率选择很关键。

3.2 频率选择：避开频闪与噪声

频率选多少合适？这问题我当年也纠结过。直接说结论：

应用场景	推荐频率	说明
美容仪LED	1kHz - 5kHz	人眼无感知，驱动效率高
摄影补光	10kHz - 20kHz	避免相机快门产生条纹
高精度仪器	20kHz以上	避开人耳可听范围

为什么会这样？

频率太低（比如100Hz以下），人眼能感觉到闪烁，用久了眼睛会累。频率太高（比如100kHz以上），MOS管的开关损耗会急剧增加，驱动效率下降。

避坑指南：

我曾经在一个美容仪项目里用了2kHz的PWM，结果用户反馈说能听到「滋滋」声。后来发现是LED驱动电感的啸叫。解决办法是把频率调到4kHz，刚好避开人耳敏感区。

还有一个坑：如果你用手机摄像头拍LED灯，看到闪烁条纹，那就是频闪。美容仪产品最好用1kHz以上，这样手机拍出来也是稳定的。

3.3 占空比与光强关系

很多人以为占空比和光强是线性关系。其实不然。

我实测过很多LED，结果是这样的：

占空比	理论光强	实际光强	偏差
10%	10%	8.5%	-1.5%
50%	50%	48%	-2%
90%	90%	89%	-1%

偏差主要来自两个地方：

LED开启延迟：从PWM信号发出到LED真正亮起来，有几十纳秒的延迟
驱动电路响应：恒流源的建立时间会影响低占空比的精度

我个人习惯在低占空比区域做软件补偿。比如目标10%占空比，实际给到11%，这样光强就更准了。

小技巧：

如果你需要非常线性的调光曲线，可以用查表法。先实测一组数据，然后反向拟合。我一般用20个点做线性插值，效果已经很好了。

3.4 软件PWM vs 硬件PWM

这是很多新手会纠结的问题。我直接说结论：

硬件PWM：用芯片自带的PWM外设。定时器自动翻转IO口，CPU不用管。

软件PWM：用定时器中断，在中断里手动翻转IO口。

来看看对比：

对比项	硬件PWM	软件PWM
CPU占用	几乎为0	高（中断频繁）
频率精度	高	受中断影响
通道数	有限（看芯片）	理论上无限
实现难度	简单	稍复杂

我个人的建议是：

如果芯片有硬件PWM，优先用硬件。省心、稳定、不占CPU。
如果通道不够用，或者芯片没有PWM外设，才考虑软件PWM。

这里给一个软件PWM的示例代码（基于STM32）：

// 软件PWM实现
// 假设定时器1ms中断一次

uint8_t pwm_duty = 50;  // 占空比 0-100
uint8_t pwm_counter = 0;

void TIM_IRQHandler(void) {
    if(TIM_GetITStatus(TIM2, TIM_IT_Update)) {
        pwm_counter++;
        if(pwm_counter >= 100) {
            pwm_counter = 0;
        }
        
        if(pwm_counter < pwm_duty) {
            GPIO_SetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0);  // LED亮
        } else {
            GPIO_ResetBits(GPIOA, GPIO_Pin_0); // LED灭
        }
        
        TIM_ClearITPendingBit(TIM2, TIM_IT_Update);
    }
}

这段代码很简单。每1ms进一次中断，计数器加1。当计数器小于占空比时，LED亮；否则灭。这样周期就是100ms，频率10Hz。

但注意，10Hz太低了，会闪。实际用的时候，把定时器改成100μs中断一次，周期100次，就是1kHz了。

软件PWM的坑：

我曾经在一个项目里用软件PWM控制8路LED，结果CPU负载飙到80%。后来发现是中断太频繁了。解决办法是改用硬件PWM，CPU负载直接降到5%。

所以，能用硬件就别用软件。这是血的教训。

3.5 实战经验总结

最后，把我这些年做PWM调光的经验总结一下：

频率选1kHz-5kHz，美容仪够用，人眼无感，驱动效率高
低占空比做补偿，实测+查表，保证线性度
优先硬件PWM，省CPU、精度高、稳定
注意电感啸叫，频率避开人耳敏感区（2kHz-4kHz）
用示波器看波形，别光靠眼睛判断

PWM调光说难不难，说简单也不简单。关键是把原理吃透，再结合实际情况灵活应用。希望这些经验能帮你少走弯路。