摘 要： 介紹通過在PWM調光驅動電路中引入電感,，達到平均電流的作用,。從模擬和實驗角度得出了驅動電路中電感大小的確定方法，并深入分析了此驅動電路中LED上電流值和PWM波占空比之間的函數(shù)依賴關系,，可由計算機通過RS-485對LED亮暗程度實現(xiàn)實時,、細致的多檔位控制。
關鍵詞： LED,；占空比,；電感；多檔位
LED是一種固態(tài)電光源,，是一種半導體照明器件,，其電學特性具有很強的離散性。它具有體積小,、機械強度大,、功耗低、壽命長,，便于調節(jié)控制及無污染等特征,，有極大發(fā)展前景的新型光源產品。LED調光方法的實現(xiàn)分為兩種：模擬調光和數(shù)字調光,，其中模擬調光是通過改變LED回路中電流大小達到調光,；數(shù)字調光又稱PWM調光，通過PWM波開啟和關閉LED來改變正向電流的導通時間以達到亮度調節(jié)的效果[1],。模擬調光通過改變LED回路中的電流來調節(jié)LED的亮度,，缺點是在可調節(jié)的電流范圍內，可調檔位受到限制,；PWM波調光可通過改變高低電平的占空比來任意改變LED的開啟時間,，從而使亮度調節(jié)的檔位增多。本文擬用兩種方法共同作用,，以達到調節(jié)LED亮度的效果,。
1 LED調光方法
模擬調光是通過改變LED回路中電流大小達到調光，電源電壓不變,，通過改變R的電阻值來改變回路中的電流,，從而達到改變LED亮度的效果[2]。很多其他模擬調光都是采用這種方法的延伸,，其優(yōu)點是電流可連續(xù),，但可調節(jié)電流的范圍往往受到硬件的限制，調節(jié)檔位不多,，對于要求亮度感應敏感的高精度采光設備,，這種方法不理想。
數(shù)字調光又稱PWM調光,，通過PWM波開啟和關閉LED來改變正向電流的導通時間,，以達到亮度調節(jié)的效果。該方法基于人眼對亮度閃爍不夠敏感的特性,，使負載LED時亮時暗,。如果亮暗的頻率超過100 Hz，人眼看到的就是平均亮度,，而不是LED在閃爍,。PWM通過調節(jié)亮和暗的時間比例實現(xiàn)調節(jié)亮度，在一個PWM周期內,，因為人眼對大于100 Hz內的光閃爍,，感知的亮度是一個累積過程，即亮的時間在整個周期中所占得比例越大,，人眼感覺越亮,。但是對于一些高頻采樣的設備，如高頻采樣攝像頭,，采樣時有可能恰好采到LED暗時的圖像,。因此本文將模擬和數(shù)字相結合，設計了LED的驅動電路,。
2 采用電感的PWM調節(jié)方法
2.1 驅動電路
電路中,，當電感上通有電流時，電感會產生磁場,，即部分電流轉換成磁能的方式“存儲”在電感中,；當不再向電感上通電流時，電感會將磁能通過電流的方式在回路中釋放出來,。這也是電感上電流不能突變的原因,，基于電感的這種“充放電”原理,，可以將它用來平均PWM波調光中產生的不連續(xù)電流。式(1),、式(2)分別是LR電路的充電和放電過程及電流與時間的關系,。
通過模擬可初步選擇40 mH的電感作為驅動電路所用，圖3是用示波器采到的電壓波形圖,，此電壓是電路中串聯(lián)了一個20 Ω的電阻上的電壓,，穩(wěn)定后電壓為340 mV，即電路中電流為17 mA,。因為實際電路中電流有損耗,，所以實際電流值比模擬電流值偏小，但整個電流的變化趨勢與模擬基本一致,。
圖5是電感電流隨PWM占空比變化的實驗結果曲線,，該曲線是在電感值為40 mH時，電路中串聯(lián)了一個22 Ω電阻的情況下測得的,。分析理論公式和實驗結果,，可發(fā)現(xiàn)在PWM占空比為36%~86%區(qū)間，電感上電流值隨PWM波占空比線性變化,，變化趨勢與理論推導一致,。對于高占空比的區(qū)間段，由于充電曲線斜率已經趨近不變,，此時電流值也趨于最大值,，而在低區(qū)間段，由于充電時間較短,，電路中損耗較大,，電感上電流值也趨近于零。
2.3 PWM占空比調節(jié)方式
采用電腦通過RS-485在線控制PWM占空比的變化,，根據需要在256個檔位中進行選擇,，每次用電腦向RS-485發(fā)送兩個字節(jié)的十六進制命令，從而改變C8051產生的占空比,，達到改變LED亮度的目的,。
RS-485接口電路的主要功能是：將來自微處理器的發(fā)送信號TX通過“發(fā)送器”轉換成通信網絡中的差分信號，也可以將通信網絡中的差分信號通過“接收器”轉換成被微處理器接收的RX信號,。任一時刻,，RS-485收發(fā)器只能工作在“接收”或“發(fā)送”兩種模式之一。因此,，采用了圖6所示電路,，由微處理器輸出的R/D信號直接控制SN75LBC184芯片的發(fā)送器/接收器使能：R/D信號為“1”，則SN75LBC184芯片的發(fā)送器有效,，接收器禁止,，此時微處理器可以向SN75LBC184總線發(fā)送數(shù)據字節(jié),；R/D信號為“0”則SN75LBC184芯片的發(fā)送器禁止，接收器有效,，此時微處理器可以處理來自RS-485總線的數(shù)據字節(jié),。此電路中，任意時刻SN75LBC184芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有一個處于工作狀態(tài),。
不論從模擬還是實驗角度來看，在PWM調光驅動電路中加入電感,，可成功將電路中大范圍變化的電流“平均”,，使其穩(wěn)定在一個可通過理論計算得出的值附近。本文綜合了模擬調光和數(shù)字調光的共同優(yōu)點,，且可以利用RS-485,，通過PWM波與驅動電路中LED上電流的函數(shù)關系，改變PWM波的占空比,，即可讓LED有著理想的電流值,，并用計算機實時、細致地改變LED的亮度,。
參考文獻
[1] 程安林,，王晉，尚相榮.白光LED的PWM驅動方式分析[J].電子設計工程,，2010,，18(2)：109-111.
[2] 段哲民，陳志寅,，任艷單.單端初級電感變換器拓撲的LED的電源設計[J].電源設計電力電子技術,，2010，44(8)：95-96.