基于ZibBee控制的高動態范圍LED模擬調光裝置設計

摘要：針對LED 應用于機器視覺辨認等特殊場合，本文提出了一種基于ZibBee 控制的高動態范圍LED 模擬調光裝置，提供了一種異于高頻PWM 的調光方法。設計通過對原有線性電源的改進，增加了可變降壓電路，提高了其工作效率，并實現了500∶ 1的高動態范圍模擬調光。電路中同時使用了CC2430 芯片實現電流控制和無線遙控的功能，配合著ZigBee 無線網關便可實現遠程調光控制。

　　1 引言

　　由于發光二級管( LED) 技術的不斷發展，LED 由于其光效高， 響應速度快， 亮度調節范圍廣，正逐步地應用于信號，顯示，照明和機器視覺辨認等各種領域。而常用的LED 亮度控制方式主要是模擬調光和數字調光( PWM)。比起現有的模擬調光，數字調光能取得一個更高的調光比和電流精度，應用更為廣泛。在普通照明中，PWM 調光的開關頻率一般在幾百到幾千赫茲之間，可以有效的避免人眼可見的閃爍。但在機器視覺辨認和工業檢驗等領域，由于使用的高速攝像機和傳感器響應速度速度比人眼快很多，因此在這些領域使用PWM調光必須增加開關頻率到幾十千甚至更高，實現較為復雜，而模擬調光卻沒有這方面的問題。

　　本文通過可變降壓和線性調光的兩級電路實現了高效、準確、高動態范圍的模擬調光輸出，并使用TI 的C2430 芯片來實現輸出亮度調節和無線控制的功能，特別適合用于上述的機器視覺辨認等高響應速率的應用場合。

　　2 高動態范圍模擬調光電路

　　2. 1 概述

　　常見的LED 恒流電路有以下兩種: 線性恒流電路和開關恒流電路。線性恒流電路通過監控采樣電阻上的電壓，動態地調節三極管的導通程度，控制電流，并將輸入電壓高于LED 串電壓的部分承擔。而開關恒流電路則在其不同拓撲結構下，調節開關導通的占空比來調節輸出，同樣得到恒流的效果。相比而言，如果輸入電壓和燈串電壓差別較大時，在大電流下線性電路三極管的壓降會造成較大的功率損耗，導致較低的效率。

圖1 線性恒流電路

圖2 開關恒流電路

　　2. 2 具體電路設計

　　現有的開關電源控制芯片也有提供模擬調光功能，但是調光比都很小，一般在幾十左右，是作為PWM 調光的一個補充，這個調光比和前述機器視覺辨認的要求差距較大。針對上述情況，本文重新對線性恒流電路進行了改進，在這部分電路前增加了可變降壓電路， 用于匹配輸入電壓和LED 燈串電壓，提高效率; 同時使用高精度的D /A 來控制電流輸出，得到一個較高的模擬調光比。整個電路系統結構如圖3，在AC /DC 電源的輸出總線上可以掛載多于一路的可調恒流電路，通過ZigBee 模塊進行輸出電流控制，保證每一路輸出的電流準確，可調。

圖3 電路結構示意圖