基于無線遙控的電源電路設計

潘銀松，何曉龍，宋曉亮，張 攏

（重慶大學 光電工程學院，重慶 400044）

LED（發光二極管）作為一種新型光源，廣泛應用于家庭，辦公等場合照明，促使了LED驅動電路進一步發展[1]。常用的LED驅動芯片功能較少，性能存在一定的缺陷，已經不能滿足現代人們的需求。常用的驅動電路需要外部處理器對無線信號進行處理才能實現預期的部分功能，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[2]。文中采用提出的LED驅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開關電路和調節亮度的目的。

1 驅動電路功能模塊

本文設計的驅動電路較常用的LED驅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控制和亮度調節。較常用的驅動芯片[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簡化框圖中，驅動電路各模塊工作原理和功能如下：

1）驅動電路可由2個端口進行開關。ON/OFF1使用無線信號開關電路，具有自動復位功能，ON/OFF2采用電平方式進行開關控制。

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，否則優先使用主電源。

圖1 LED驅動電路模塊圖Fig.1 LED driver circuit module

3）設計了加減計數電位器模塊，PU，PD通過無線信號進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信號，比較器信號[5]和振蕩器產生的方波信號進行邏輯運算最后通過驅動器進行控制。

2 亮度調控電路

常用LED驅動芯片采用PWM進行亮度調節，電流沒有達到一定的值，控制電路會驅動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，電流波動較大，不利于亮度調節控制[6]。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調節輸出電流。基準參考源電壓使用數字電位器進行調控，通過將數字電位器模塊，3-8譯碼器模塊和加減計數器模塊級聯構成脈沖調節電位器，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計方法，在PD（PU）端的脈沖信號作用下，對輸出狀態作減（加）法處理。圖中的觸發器為主從D觸發器，避免輸入輸出電平會相互產生影響，使電路邏輯混亂。同時，在主從D觸發器外部有輸入端口連接到主D觸發器Q端的，在PD（PU）為低電平時，通過輸入端改變輸出狀態，使減法器和加法器輸出相同狀態。亮度控制電路由減法計數器（PD）、加法計數器（PU）、D觸發器、數據選擇器、3-8譯碼器、電位器、比較器等結構組成。

圖3 加減數據更新模塊Fig.3 Adder and subtracter data update module

3 cadence仿真

3.1 驅動電路仿真

參考源為內部基準時，LED驅動電路工作電壓為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10 μF，電感20 nH，頻率大約為1 MHz的振蕩器驅動下，電路輸出波形如圖4所示。參考源為電位器電壓時，LED驅動電路工作電壓為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10 μF，電感20 nH，頻率大約為1 MHz的振蕩器驅動下（頻率越大，電感越大電流越平穩），電路輸出波形如圖5所示。

圖4 參考源為內部基準驅動電路仿真Fig.4 Internal reference circuit simulation

3.2 驅動電路版圖

驅動電路版圖采用CSMC035工藝庫，使用poly和metal作為導線，如圖6所示[8]。

驅動電流大小與反饋電阻和考電壓有關 （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，亮度將發生明顯變化。

圖5 參考源為電位器電壓的驅動電路仿Fig.5 Potentiometer voltage circuit simulation

4 結束語

通過對驅動電路的參數分析，得出以下優點：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，能實現無線開關和亮度調節功能。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，該驅動電路能滿足現代家庭，辦公場所的需求。

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圖6 驅動電路版圖Fig.6 Driver circuit layout

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