多路照明LED调光控制电路的设计与实现

1、学校代品11517多路照明LED调光控制电路的设计与实现摘要：目前，多路照明LED正在被广泛的应用，但每个LED都是配有一个单独的驱 动源，为了能够控制多路LED的配合工作，所以进行了实验研究。实验采用的方法是：汁 算机给单片机发出调光信号，调光电路中通过CD4067来进行多路选择，单片机产生PWM调 宵电流值，英中调光电路又采用了调解工作电流方式和脉宽调制方式两种方法。通过实验研 究，阐述了多路调光控制的原理，论证了两种调光方法的可行性，得出了整个电路输入输岀 关系，从而可以具体控制多路LED的亮度。1引言照明技术在过去的一百多年里，经历了三个重要的发展阶段：白炽灯、荧光灯和 HID灯。LE

2、D由于环保、寿命长、光电效率高等众多优点，近年来在各行业应用得以快速 发展。白光LED的发光特性有这样的特点：白光LED发光强度由驱动电流决左。当LED两 端电压发生波动时，流过发光二极管中的电流变化较大，而发光二极管的发光强度等比驱 动电流，因此驱动电流的好坏直接影响LED的发光质量。很多地方的照明LED都是多路LED来共同工作的，并且为了能够实现节能和配合 调光消除阴影的目的，需要对多路LED进行调光，文章给出了一种控制多路调光的方法。2整个系统的设计思路图1为整个系统的设计框架图，计算机通过串口通信发送调光信号，单片机接 收到信号之后，经过内部运算，产生控制信号并发送给调光电路，调光电路

3、再把驱动信 号发送到多路照明LED,实现计算机控制多路LED的亮度调节。其中多路调光电路的设汁是 本篇的关键，多路调光采用的是C语言编程，先是在Proteus中仿真，然后搭建实际电路。图1系统框架图3多路调光电路的设计3.1多路控制的设汁多路控制方法：多路的控制是采用十六选一模拟开关CD4067来实现的.CD4067的引脚如图2所示。当需要调节某一支路的时候，只要选通此支路进行调肖就行了，此时, 其它支路不受影响。试验中采用两个CD1067, 一个作为控制各个支路的传输路径，另一个作 为反馈信号的传输路径。两个开关同时选通一个支路，并且只能选通那一路。3.2调光电路设计由于LED的亮度与正向电

4、流成正比，因此采用调肖电流来改变 亮度。通过调节电流来调Yj LED亮度的方式有两种：（1 ）调仃工作电流方式。（2 ）脉 宽调制（PWM）方式。3.2.1调节工作电流方法图2调肖工作电流方式的多路控制流程如图2所示，单片机给十六选一的芯片CD4067送去PWM信号，CD4067响应单片 机所发岀的信号，选通后面对应的支路，把PWM信号经过RC积分电路产生一个电压作为场 效应管2SK1058的栅极电压，由于场效应管2SK 1 0 5 8的电流是由栅极电压控制的，所 以LED的电流是由单片机产生的PWM信号控制的。为了实现稳定输出，电路中增加了一个 反馈电路，这个反馈电路的给泄值就是单片机控制数

5、模转换器产生的给圧电压值。3. 2. 2脉宽调制方式脉冲宽度调制（PWM）方式：通过人眼不易察觉的频率快速开关LED,给人一种LED总 是亮的假象。开关时间比率决泄了流过LED的平均电流，从而决定了貝亮度。脉宽调制方 式和调节工作电流方式的主要区别是，没有采用RC积分电路，采用IFR830代替2SK102&通过快速控制IFR830的通断，使得LED电流是一个幅值恒左，频率很快的脉冲电流，这 样LED的平均电流决泄了 LED的亮度，控制流程如图3所示。贝脚内客7图3脉宽调制方式的多路控制流程4实验分析由于采用两种调光方法，所以实验方案按照基于两种调光方法的多路控制来进行。41基于调肖工作

6、电流方式的多路控制由于CD4067芯片可以带动十六个支路，做实验的时候取代表性的三个支路进行控 制，通过设垃三个支路的电流值，使这三个支路达到各自的亮度。但是由于不知道LED电 流值也DAC0832输入值之间的关系，所以进行实验得到它们之间的关系，然后就可以对通 信接口进行编程，使得计算机界而的输入值能够和LED电流对应上。M A. mjjuuuinnnjuinjuuijWk 几 ：jnnnnnmnnno 羞"權tiejwirmmw 昱售“交OQl» MUhB trir胃科托h、.图4驱动波形学校代附11517在计算机操作界面上，对第一路的DAC0832输入为100,第二路

7、为200,第三路的 电流值为255,测得对应支路LED的电流值为54mA、106mA、134mA,对应2SK1058的驱动波 形分別图4所示。可以看出，随着DAC0832输入的增大，PWM的占空比越来越大，对应的LED电流 值也在不断增大。为了得到它们之间关系，通过不断改变程序的方法，来测试多个DAC0832 的输入和关键点电压值（考虑到0100之间为非线性区，所以从100开始取值），测得的数 据如表1所示。表1测量得到N-I数据DAC0832 输入量N100120140160180200220240LED电流 值A）566S768894106114128绘出N和I之间的近似关系曲线，如图5所

8、示。从图中可以看出，DAC0832的 输入和LED电流值是基本上成正比例关系的，可以近似得到他们之间的关系：Y二0.53X+1.09,其中Y表示LED的电流值，单位为mA, X表示DAC0832的输入汕根据这个 关系，我们可以设定程序，使得在计算机操作界面上输入值转化为对应的DAC0832值，这 样就能够控制LED的电流，在很宽的范用内LED灯的亮度。114.2基于脉宽调制方式的多路控制同样，考虑到CD1067是十六选一开关，没必要对十六路进行控制，拟定采用三 个支路来代表整个电路的控制过程。由于控制方式的不同，那么决泄LED亮度的也不一样, 基于脉冲控制的方式是由LED的平均电流来决左亮度的

9、。通过编程，设定PWM波的频率为 1KHZ,第一路的占空比为0.2,第二路为0.4,第三路的电流值为0.6,通过测量与LED串联 在一起的5欧姆电阻上的电压，就能够得到LED的电流波形，从而可以看出LED的平均电 流。波形分别如图6所示：图6驱动波形和限流电阻上电压波形7学校代品11517图中，1通道是PWM波形，2通道是5欧姆电阻电压波形，可以看出，LED的 电流幅值IM为0.65/5二130mA是不变的，并且LED电流的占空比和PWM驱动波形的占空比 是一样的，所以得出公式：LED平均电流I二D*IM,其中IM二130mA.所以可以通过在计算机 操作界而设泄占空比来，传送给单片机信号，单片机相应并且控制LED的亮度。4.3两种方法的比较通过这两种方法都能够实现多路控制，并且能够达到实验目的，不同点是两种方 法的输入控制量不同，不过，通过多次实验可以发现，在不停的调节过程中，前者电路中 LED电流岀现色衰现彖，而后者中LED依然发出对应电流的白光，所以第二种方法可以得 到广泛的应用。5结束语本次试验采用计算机操作界面控制调光电路、单片机输出PWM的方法，并且结合 芯片CD4067,实现了对多路LED电流值大小的控制，其中采用了两种调光方法。根据这个结 论，可以应用到很多处多路LED控制的场合，如手术灯、家用照明灯、大型室