基于無(wú)線遙控的電源電路設(shè)計(jì)

潘銀松，何曉龍，宋曉亮，張 攏

（重慶大學(xué) 光電工程學(xué)院，重慶 400044）

LED（發(fā)光二極管）作為一種新型光源，廣泛應(yīng)用于家庭，辦公等場(chǎng)合照明，促使了LED驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)一步發(fā)展[1]。常用的LED驅(qū)動(dòng)芯片功能較少，性能存在一定的缺陷，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代人們的需求。常用的驅(qū)動(dòng)電路需要外部處理器對(duì)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行處理才能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的部分功能，并且存在外圍電路復(fù)雜，不能充分利用外部資源，占用空間較大等缺點(diǎn)[2]。文中采用提出的LED驅(qū)動(dòng)電路主要考慮無(wú)線接收模塊的輸出信號(hào)類型，并對(duì)其進(jìn)行處理以實(shí)現(xiàn)開關(guān)電路和調(diào)節(jié)亮度的目的。

1 驅(qū)動(dòng)電路功能模塊

本文設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路較常用的LED驅(qū)動(dòng)芯片電路主要增加了無(wú)線信號(hào)處理模塊能直接處理接收到的脈沖信號(hào)并進(jìn)行開關(guān)控制和亮度調(diào)節(jié)。較常用的驅(qū)動(dòng)芯片[3]不需外圍處理器處理接收信號(hào)，可直接與無(wú)線接收器連接。增加了數(shù)字電位器、加減同步計(jì)數(shù)器等模塊，原理框圖如圖1所示。

圖1簡(jiǎn)化框圖中，驅(qū)動(dòng)電路各模塊工作原理和功能如下：

1）驅(qū)動(dòng)電路可由2個(gè)端口進(jìn)行開關(guān)。ON/OFF1使用無(wú)線信號(hào)開關(guān)電路，具有自動(dòng)復(fù)位功能，ON/OFF2采用電平方式進(jìn)行開關(guān)控制。

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

圖1 LED驅(qū)動(dòng)電路模塊圖Fig.1 LED driver circuit module

3）設(shè)計(jì)了加減計(jì)數(shù)電位器模塊，PU，PD通過(guò)無(wú)線信號(hào)進(jìn)行加減計(jì)數(shù)控制數(shù)字電位器的輸出電壓。

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

5）通過(guò)邏輯電路將開關(guān)信號(hào)，比較器信號(hào)[5]和振蕩器產(chǎn)生的方波信號(hào)進(jìn)行邏輯運(yùn)算最后通過(guò)驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行控制。

2 亮度調(diào)控電路

常用LED驅(qū)動(dòng)芯片采用PWM進(jìn)行亮度調(diào)節(jié)，電流沒有達(dá)到一定的值，控制電路會(huì)驅(qū)動(dòng)輸出電路使其趨于穩(wěn)恒電流，可能導(dǎo)致不能達(dá)到亮度調(diào)節(jié)的目的；可控性差，電流波動(dòng)較大，不利于亮度調(diào)節(jié)控制[6]。本文利用數(shù)字電位器調(diào)節(jié)基準(zhǔn)電壓以調(diào)節(jié)亮度。

2.1 數(shù)字電位器設(shè)計(jì)原理

亮度的控制主要是通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電流。基準(zhǔn)參考源電壓使用數(shù)字電位器進(jìn)行調(diào)控，通過(guò)將數(shù)字電位器模塊，3-8譯碼器模塊和加減計(jì)數(shù)器模塊級(jí)聯(lián)構(gòu)成脈沖調(diào)節(jié)電位器，可以直接連接無(wú)線接器，電位器電路如圖2所示[7]。

圖2 電位器原理圖Fig.2 Potentiometer circuit diagram

電位器電路利用基準(zhǔn)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(jí)，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，通過(guò)3-8譯碼器控制傳輸門來(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(fù)載對(duì)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(shè)計(jì)方法，在PD（PU）端的脈沖信號(hào)作用下，對(duì)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(jì)數(shù)器（PD）、加法計(jì)數(shù)器（PU）、D觸發(fā)器、數(shù)據(jù)選擇器、3-8譯碼器、電位器、比較器等結(jié)構(gòu)組成。

圖3 加減數(shù)據(jù)更新模塊Fig.3 Adder and subtracter data update module

3 cadence仿真

3.1 驅(qū)動(dòng)電路仿真

參考源為內(nèi)部基準(zhǔn)時(shí)，LED驅(qū)動(dòng)電路工作電壓為5 V，內(nèi)部設(shè)計(jì)有1.2 V的基準(zhǔn)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10 μF，電感20 nH，頻率大約為1 MHz的振蕩器驅(qū)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(qū)動(dòng)電路工作電壓為5 V，使用數(shù)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10 μF，電感20 nH，頻率大約為1 MHz的振蕩器驅(qū)動(dòng)下（頻率越大，電感越大電流越平穩(wěn)），電路輸出波形如圖5所示。

圖4 參考源為內(nèi)部基準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)電路仿真Fig.4 Internal reference circuit simulation

3.2 驅(qū)動(dòng)電路版圖

驅(qū)動(dòng)電路版圖采用CSMC035工藝庫(kù)，使用poly和metal作為導(dǎo)線，如圖6所示[8]。

驅(qū)動(dòng)電流大小與反饋電阻和考電壓有關(guān) （ILED=Vref/Rfb）。當(dāng)采用外部基準(zhǔn)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。

圖5 參考源為電位器電壓的驅(qū)動(dòng)電路仿Fig.5 Potentiometer voltage circuit simulation

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的參數(shù)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)線信號(hào)。2）可控性高，易于控制，能實(shí)現(xiàn)無(wú)線開關(guān)和亮度調(diào)節(jié)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(yīng)用范圍廣。芯片提供了內(nèi)部基準(zhǔn)源，電位器和外部電壓參考輸入端。因此，該驅(qū)動(dòng)電路能滿足現(xiàn)代家庭，辦公場(chǎng)所的需求。

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圖6 驅(qū)動(dòng)電路版圖Fig.6 Driver circuit layout

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