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，辦公等場合照明，促使了LED驅(qū)動電路進一步發(fā)展[1]。常用的LED驅(qū)動芯片功能較少，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)動電路需要外部處理器對無線信號進行處理才能實現(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[2]。文中采用提出的LED驅(qū)動電路主要考慮無線接收模塊的輸出信號類型，并對其進行處理以實現(xiàn)開關(guān)電路和調(diào)節(jié)亮度的目的。

1 驅(qū)動電路功能模塊

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

圖1簡化框圖中，驅(qū)動電路各模塊工作原理和功能如下：

1）驅(qū)動電路可由2個端口進行開關(guān)。ON/OFF1使用無線信號開關(guān)電路，具有自動復(fù)位功能，ON/OFF2采用電平方式進行開關(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，開啟備用電源，否則優(yōu)先使用主電源。

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

3）設(shè)計了加減計數(shù)電位器模塊，PU，PD通過無線信號進行加減計數(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)部基準電壓（1.2 V）或外部基準電壓進行比較來控制輸出電流，電流大小為（ILED=Vref/Rfb）[4]。

5）通過邏輯電路將開關(guān)信號，比較器信號[5]和振蕩器產(chǎn)生的方波信號進行邏輯運算最后通過驅(qū)動器進行控制。

2 亮度調(diào)控電路

常用LED驅(qū)動芯片采用PWM進行亮度調(diào)節(jié)，電流沒有達到一定的值，控制電路會驅(qū)動輸出電路使其趨于穩(wěn)恒電流，可能導(dǎo)致不能達到亮度調(diào)節(jié)的目的；可控性差，電流波動較大，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)基準電壓以調(diào)節(jié)亮度。

2.1 數(shù)字電位器設(shè)計原理

亮度的控制主要是通過調(diào)節(jié)輸出電流?；鶞蕝⒖荚措妷菏褂脭?shù)字電位器進行調(diào)控，通過將數(shù)字電位器模塊，3-8譯碼器模塊和加減計數(shù)器模塊級聯(lián)構(gòu)成脈沖調(diào)節(jié)電位器，可以直接連接無線接器，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源的鏡像電路為串聯(lián)的MOS管提供偏置電壓，使流過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的影響，同時降低功耗。電位器的輸出電壓端連接傳輸門，通過3-8譯碼器控制傳輸門來選擇輸出電壓值。輸出電壓端采用MOS放大器進行隔離，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）采用同步時序電路設(shè)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相互產(chǎn)生影響，使電路邏輯混亂。同時，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，通過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(shù)器（PD）、加法計數(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)動電路仿真

參考源為內(nèi)部基準時，LED驅(qū)動電路工作電壓為5 V，內(nèi)部設(shè)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10 μF，電感20 nH，頻率大約為1 MHz的振蕩器驅(qū)動下，電路輸出波形如圖4所示。參考源為電位器電壓時，LED驅(qū)動電路工作電壓為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)部基準驅(qū)動電路仿真Fig.4 Internal reference circuit simulation

3.2 驅(qū)動電路版圖

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

驅(qū)動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。振蕩器頻率大約在1 MHz以上時，輸出電流在0.1 mA變化，亮度無明顯變化 （如圖4，圖5）。振蕩器頻率大約在100 kHz時，輸出電流波動大約在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)動電路仿Fig.5 Potentiometer voltage circuit simulation

4 結(jié)束語

通過對驅(qū)動電路的參數(shù)分析，得出以下優(yōu)點：1）無需外部處理器輔助即可接收處理無線信號。2）可控性高，易于控制，能實現(xiàn)無線開關(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)部基準源，電位器和外部電壓參考輸入端。因此，該驅(qū)動電路能滿足現(xiàn)代家庭，辦公場所的需求。

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

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