基于無(wú)線(xiàn)遙控的電源電路設計

摘要：設計一種可對LED進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制和亮度調節的無(wú)線(xiàn)遙控驅動(dòng)電路。通過(guò)加減計數器、3—8譯碼器、數字電位器等模塊用于亮度調控。反饋端聯(lián)接光敏傳感器或電阻進(jìn)行電流控制，允許負載350 mA的大功率LED。此驅動(dòng)電路具有自主選擇性強，應用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。

LED(發(fā)光二極管)作為一種新型光源，廣泛應用于家庭，辦公等場(chǎng)合照明，促使了LED驅動(dòng)電路進(jìn)一步發(fā)展。常用的LED驅動(dòng)芯片功能較少，性能存在一定的缺陷，已經(jīng)不能滿(mǎn)足現代人們的需求。常用的驅動(dòng)電路需要外部處理器對無(wú)線(xiàn)信號進(jìn)行處理才能實(shí)現預期的部分功能，并且存在外圍電路復雜，不能充分利用外部資源，占用空間較大等缺點(diǎn)。文中采用提出的LED驅動(dòng)電路主要考慮無(wú)線(xiàn)接收模塊的輸出信號類(lèi)型，并對其進(jìn)行處理以實(shí)現開(kāi)關(guān)電路和調節亮度的目的。

1 驅動(dòng)電路功能模塊

本文設計的驅動(dòng)電路較常用的LED驅動(dòng)芯片電路主要增加了無(wú)線(xiàn)信號處理模塊能直接處理接收到的脈沖信號并進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制和亮度調節。較常用的驅動(dòng)芯片不需外圍處理器處理接收信號，可直接與無(wú)線(xiàn)接收器連接。增加了數字電位器、加減同步計數器等模塊，原理框圖如圖1所示。

圖1簡(jiǎn)化框圖中，驅動(dòng)電路各模塊工作原理和功能如下：

1)驅動(dòng)電路可由2個(gè)端口進(jìn)行開(kāi)關(guān)。ON/OFF1使用無(wú)線(xiàn)信號開(kāi)關(guān)電路，具有自動(dòng)復位功能，ON/OFF2采用電平方式進(jìn)行開(kāi)關(guān)控制。

2)IN1，IN2為主電源和備用電源輸入端，當IN1電壓小于一定值時(shí)，開(kāi)啟備用電源，否則優(yōu)先使用主電源。

3)設計了加減計數電位器模塊，PU，PD通過(guò)無(wú)線(xiàn)信號進(jìn)行加減計數控制數字電位器的輸出電壓。

4)FB反饋電壓可與電位器電壓、內部基準電壓(1.2 V)或外部基準電壓進(jìn)行比較來(lái)控制輸出電流，電流大小為(ILED=Vref/Rfb)。

5)通過(guò)邏輯電路將開(kāi)關(guān)信號，比較器信號和振蕩器產(chǎn)生的方波信號進(jìn)行邏輯運算最后通過(guò)驅動(dòng)器進(jìn)行控制。

2 亮度調控電路

常用LED驅動(dòng)芯片采用PWM進(jìn)行亮度調節，電流沒(méi)有達到一定的值，控制電路會(huì )驅動(dòng)輸出電路使其趨于穩恒電流，可能導致不能達到亮度調節的目的;可控性差，電流波動(dòng)較大，不利于亮度調節控制。本文利用數字電位器調節基準電壓以調節亮度。

2.1 數字電位器設計原理

亮度的控制主要是通過(guò)調節輸出電流?；鶞蕝⒖荚措妷菏褂脭底蛛娢黄鬟M(jìn)行調控，通過(guò)將數字電位器模塊，3—8譯碼器模塊和加減計數器模塊級聯(lián)構成脈沖調節電位器，可以直接連接無(wú)線(xiàn)接器，電位器電路如圖2所示。

電位器電路利用基準源的鏡像電路為串聯(lián)的MOS管提供偏置電壓，使流過(guò)MOS管串的電流大小為納安級，減小輸出電壓受電源電壓波動(dòng)的影響，同時(shí)降低功耗。電位器的輸出電壓端連接傳輸門(mén)，通過(guò)3—8譯碼器控制傳輸門(mén)來(lái)選擇輸出電壓值。輸出電壓端采用MOS放大器進(jìn)行隔離，減小負載對輸出電壓的影響。

2.2 亮度控制原理

圖3中減法器電路(PD相連模塊)，加法器電路(PU相連模塊)采用同步時(shí)序電路設計方法，在PD(PU)端的脈沖信號作用下，對輸出狀態(tài)作減(加)法處理。圖中的觸發(fā)器為主從D觸發(fā)器，避免輸入輸出電平會(huì )相互產(chǎn)生影響，使電路邏輯混亂。同時(shí)，在主從D觸發(fā)器外部有輸入端口連接到主D觸發(fā)器Q端的，在PD(PU)為低電平時(shí)，通過(guò)輸入端改變輸出狀態(tài)，使減法器和加法器輸出相同狀態(tài)。亮度控制電路由減法計數器(PD)、加法計數器(PU)、D觸發(fā)器、數據選擇器、3—8譯碼器、電位器、比較器等結構組成。

3 cadence仿真

3.1 驅動(dòng)電路仿真

參考源為內部基準時(shí)，LED驅動(dòng)電路工作電壓為5 V，內部設計有1.2 V的基準源作為參考電壓，反饋端與地之間連接阻值為6 Ω電阻。在電容10μF，電感20 nH，頻率大約為1 MHz的振蕩器驅動(dòng)下，電路輸出波形如圖4所示。參考源為電位器電壓時(shí)，LED驅動(dòng)電路工作電壓為5 V，使用數字電位器作為參考電壓，反饋端與地之間連接阻值為4.5 Ω電阻。在電容10μF，電感20 nH，頻率大約為1 MHz的振蕩器驅動(dòng)下(頻率越大，電感越大電流越平穩)，電路輸出波形如圖5所示。

3.2 驅動(dòng)電路版圖

驅動(dòng)電路版圖采用CSMC035工藝庫，使用poly和metal作為導線(xiàn)，如圖6所示。

驅動(dòng)電流大小與反饋電阻和考電壓有關(guān)(ILED=Vref/Rfb)。當采用外部基準源或電位器電壓作為反饋端的參考源時(shí)。振蕩器頻率大約在1 MHz以上時(shí)，輸出電流在0.1 mA變化，亮度無(wú)明顯變化(如圖4，圖5)。振蕩器頻率大約在100 kHz時(shí)，輸出電流波動(dòng)大約在20 mA左右，亮度將發(fā)生明顯變化。

4 結束語(yǔ)

通過(guò)對驅動(dòng)電路的參數分析，得出以下優(yōu)點(diǎn)：1)無(wú)需外部處理器輔助即可接收處理無(wú)線(xiàn)信號。2)可控性高，易于控制，能實(shí)現無(wú)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和亮度調節功能。輸出電流基本保持恒定，亮度基本保持不變。3)功能全面，性能良好，應用范圍廣。芯片提供了內部基準源，電位器和外部電壓參考輸入端。因此，該驅動(dòng)電路能滿(mǎn)足現代家庭，辦公場(chǎng)所的需求。