多路照明LED調(diào)光控制電路的設計與實現(xiàn)

摘 要：目前，多路照明LED 正在被廣泛的應用，但每個LED 都是配有一個單獨的驅(qū)動源，為了能夠控制多路LED 的配合工作，所以進行了實驗研究。實驗采用的方法是：計算機給單片機發(fā)出調(diào)光信號，調(diào)光電路中通過CD4067 來進行多路選擇，單片機產(chǎn)生PWM 調(diào)節(jié)電流值，其中調(diào)光電路又采用了調(diào)解工作電流方式和脈寬調(diào)制方式兩種方法。通過實驗研究，闡述了多路調(diào)光控制的原理，論證了兩種調(diào)光方法的可行性，得出了整個電路輸入輸出關系，從而可以具體控制多路LED 的亮度。

1 引言

照明技術在過去的一百多年里， 經(jīng)歷了三個重要的發(fā)展階段：白熾燈、熒光燈和HID 燈。LED 由于環(huán)保、壽命長、光電效率高等眾多優(yōu)點， 近年來在各行業(yè)應用得以快速發(fā)展。白光LED 的發(fā)光特性有這樣的特點：白光LED 發(fā)光強度由驅(qū)動電流決定。當LED 兩端電壓發(fā)生波動時， 流過發(fā)光二極管中的電流變化較大， 而發(fā)光二極管的發(fā)光強度等比驅(qū)動電流， 因此驅(qū)動電流的好壞直接影響LED 的發(fā)光質(zhì)量。

很多地方的照明LED 都是多路LED 來共同工作的，并且為了能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能和配合調(diào)光消除陰影的目的，需要對多路LED 進行調(diào)光，文章給出了一種控制多路調(diào)光的方法。

2 整個系統(tǒng)的設計思路

圖1 為整個系統(tǒng)的設計框架圖， 計算機通過串口通信發(fā)送調(diào)光信號， 單片機接收到信號之后， 經(jīng)過內(nèi)部運算， 產(chǎn)生控制信號并發(fā)送給調(diào)光電路， 調(diào)光電路再把驅(qū)動信號發(fā)送到多路照明LED,實現(xiàn)計算機控制多路LED的亮度調(diào)節(jié)。其中多路調(diào)光電路的設計是本篇的關鍵，多路調(diào)光采用的是C 語言編程，先是在Proteus 中仿真，然后搭建實際電路。

圖1 系統(tǒng)框架圖

3 多路調(diào)光電路的設計

3.1 多路控制的設計

多路控制方法： 多路的控制是采用十六選一模擬開關CD4067 來實現(xiàn)的，CD4067 的引腳如圖2 所示。當需要調(diào)節(jié)某一支路的時候， 只要選通此支路進行調(diào)節(jié)就行了， 此時， 其它支路不受影響。試驗中采用兩個CD4067,一個作為控制各個支路的傳輸路徑，另一個作為反饋信號的傳輸路徑。兩個開關同時選通一個支路，并且只能選通那一路。

3.2 調(diào)光電路設計由于LED 的亮度與正向電流成正比，因此采用調(diào)節(jié)電流來改變亮度。通過調(diào)節(jié)電流來調(diào)節(jié)LED 亮度的方式有兩種： ( 1 ) 調(diào)節(jié)工作電流方式。( 2 ) 脈寬調(diào)制(PWM)方式。

3.2.1 調(diào)節(jié)工作電流方法

圖2 調(diào)節(jié)工作電流方式的多路控制流程

如圖2 所示，單片機給十六選一的芯片CD4067 送去PWM 信號，CD4067 響應單片機所發(fā)出的信號，選通后面對應的支路，把PWM 信號經(jīng)過RC 積分電路產(chǎn)生一個電壓作為場效應管2SK1058 的柵極電壓，由于場效應管2 S K 1 0 5 8 的電流是由柵極電壓控制的， 所以LED 的電流是由單片機產(chǎn)生的PWM 信號控制的。為了實現(xiàn)穩(wěn)定輸出， 電路中增加了一個反饋電路， 這個反饋電路的給定值就是單片機控制數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的給定電壓值。

3.2.2 脈寬調(diào)制方式

脈沖寬度調(diào)制(PWM)方式：通過人眼不易察覺的頻率快速開關LED,給人一種LED 總是亮的假象。開關時間比率決定了流過LED 的平均電流，從而決定了其亮度。脈寬調(diào)制方式和調(diào)節(jié)工作電流方式的主要區(qū)別是，沒有采用RC 積分電路，采用IFR830 代替2SK1028,通過快速控制IFR830 的通斷，使得LED 電流是一個幅值恒定， 頻率很快的脈沖電流， 這樣LED 的平均電流決定了LED 的亮度，控制流程如圖3 所示。

圖3 脈寬調(diào)制方式的多路控制流程

4 實驗分析

由于采用兩種調(diào)光方法， 所以實驗方案按照基于兩種調(diào)光方法的多路控制來進行。

4.1 基于調(diào)節(jié)工作電流方式的多路控制

由于CD4067 芯片可以帶動十六個支路，做實驗的時候取代表性的三個支路進行控制， 通過設置三個支路的電流值， 使這三個支路達到各自的亮度。但是由于不知道LED 電流值也DAC0832 輸入值之間的關系，所以進行實驗得到它們之間的關系， 然后就可以對通信接口進行編程， 使得計算機界面的輸入值能夠和LED 電流對應上。