摘要：针对三基色LED(Light Emitting Diode)驱动本钱高、电路规划杂乱的问题，规划了一款用于三基色大功率LED驱动操控计划。规划并制作电路驱动LED模型设备，经过单片机发生三路PWM(Pulse Width Modulation)波来操控MOSFET，然后别离操控三路LED，这样只需求一个DC/DC(Direct Current/Direct Current)驱动器，就能完结三路LED的调理，并且经过特定算法将上位机传送的规范Yxz值(遵从规范ZLL，ZigBee Light Link协议)转化为RGB(Red Green Blue)值。依据试验测得，三路LED调理反响敏捷，显色作用优异。
三基色混色需求几个条件，一是别离宣布红、绿、蓝三种颜色的LED光源;二是三种光源能够别离独立操控;三是具有混色份额的算法。现代LED制作工艺的开展，别离宣布单色光的LED不是难题，怎么独自操控每路LED也很好完结，仅仅操控作用和体积本钱等方面的不同。因为人们对质量的寻求，驱动操控计划层出不穷，提出了经过独立操控PWM来
驱动三路大功率LED的计划，来完结三基色的混色。在Buck(降压电路)的基础上，运用恒流操控芯片的特性，将开关管与LED串并联，完结对LED串的操控。LED操控部分拓扑结构仅需求几个简略的三极管及MOSFET等元件，即能够到达操控要求。
1 体系计划规划
为完结LED的三基色混色，挑选PWM调光办法，体系共包含两大部分，一是驱动电源的规划，包含AC/DC(Alternating Current/Direct Current)驱动电源和DC/DC驱动电源及LED调理操控，该部分完结体系供电及LED的驱动;二是体系软件的规划，其间包含三基色转化算法，该部分完结上位机与单片机的通讯及单片机对LED的操控。
1.1 AC/DC驱动电源
驱动电源输入端选用沟通宽电压规模为85～265VAC/50 Hz，输出端为两路稳定电压VOUT1和VOUT2，VOUT1为40 V/300 mA，VOUT2为5 V/100 mA，电路原理如图1。
作业原理：接通电源后，沟通电压经过整流桥后输出正弦半波直流脉动电压，经过R5、R6给芯片VCC脚一个发动电压，芯片开端作业。芯片正常作业时，由变压器T2的辅佐绕组供电，芯片GD脚输出PWM波操控开关Q1的通断。直流输出电压VOUT1作为主反应，经PC817输入芯片的INV脚，作为乘法器的输入。一起整流桥后端电压经电阻R1、R2、R3与R4分压后，在芯片MULT脚得到正弦半波信号，作为乘法器的另一输入端。乘法器输出得到正弦半波参阅电压，当Q1导通时，原边绕组电流增大，经电阻R18在芯片CS脚发生电压与正弦参阅电压作比较，当CS电压到达正弦幅值时，Q1截止。当Q1截止时，原边绕组电感极性回转，辅佐绕组极性为正电位，经电阻R7在ZCD脚发生电压，以检测低压点(0.7 V)，到达此值，芯片GD脚输出高电平，使Q1导通，完结准谐振。
1.2 DC/DC驱动电源及LED调理操控电路
ZXLD1362是一个接连方式降压型LED驱动器，内置MOSFET，可驱动最大1A电流，具有电流检测功用，可完结恒流。DC/DC驱动电源电路原理图如图2，当电源发动时，因为电感L2的存在，电流会缓慢变大，芯片SET脚检测电压值到达0.1 V时，关断内部MOSFET，此刻电感极性回转，电流回路经过肖特基二极管D20续流，电流开端下降，当SET脚电压下降至0.01V时，内部MOSFET注册，这样循环往复循环。每个LED的经过电流都是稳定的300 mA，当由PWM信号操控LFD旁路MOSFET的通断时，就构成LED的经过，3种颜色LED的不同通断组合，就能够混合出各种颜色及亮度。
LED调理电路包含3套彻底相同的操控电路，每套电路都包含3个三极管和一个功率MOSFET管，依据图2中PWM1对应的一套电路来剖析。三极管Q1接纳到PWM1信号，当其为高电平时，Q1截止，射极连接到三极管Q2、Q3的基极，且为高电平，Q2导通，Q3截止，输出到功率MOSFET管Q4管栅极电平为高，Q4管导通，将对应的LED串短路;当PWM1信号为低电平时，Q1导通，射极连接到Q2、Q3的基极，且为低电平，Q2截止，Q3导通，输出到Q4栅极电平为低，Q4截止，对应的LED串正常导通。三极管Q1、Q2为NPN管，三极管Q3为PNP管，MOSFET管Q4为NMOS管。
2 软件规划
2.1 软件架构
软件体系首要包含两部分，一为串口接纳指令及对指令的解析;二为依据三基色配比，改动TMRx中的值，然后发生不同占空比的PWM。首要自界说数据通讯协议，通讯中的数据选用数据包的方式发送与接纳，一个数据包称为一帧数据。一帧数据由以下几个部分组成：帧头、地址信息、数据类型、数据长度、数据块、校验码、帧尾。帧头和帧尾用于数据包完整性的判别，帧头界说为0xAA885E，帧尾界说为0x0D。地址信息首要用于多机通讯中，经过地址信息的不同来辨认不同的通讯终端，一致界说为0x00，这儿界说作为预留。数据类型、数据长度和数据块是首要的数据部分，数据类型能够标识后边紧接着的指令仍是数据，数据长度用于指示有用数据的个数。校验码则用来查验数据的完整性和正确性，由对数据段作累加和得到。体系上电，软件初始化后，处于等候中止状况，当上位机经过串口发送指令，单片机解析指令，经过RB5、RB3、RB0输出不同的PWM信号。
软件体系框图如图3。体系上电后，程序首要进行初始化，接着翻开体系开关状况的监听，一旦接纳到关机指令，即输出关机，完毕体系运转。程序接下来履行反常状况的侦测，包含数据是否彻底初始化成功、状况变量的赋值、死循环等，侦测到反常状况，则做自我修正，不然从头进行初始化。接着翻开指令接纳监听，对接纳到的指令进行解析，假如是操控LED指令则进入中止，使能PWM输出相应数据，然后康复中止，持续监听下一个状况量的到来。进入中止服务程序后，首要检测相应中止标志位，有中止标志置位，则铲除相应中止标志位，输出PWM发生信号，不然持续监听中止状况。
2.2 色度转化算法
在色谱的表色办法中，CIE1931Yxy表色法是最常用的，在Yxy色度图中，x色度坐标相当于红原色的份额，y色度坐标相当于绿原色的份额，Y标明颜色亮度特征的亮度因数。
笔者经过单片机接纳上位机发来的串口数据，就是x、y值，再经过ZLL协议的算法来对x、y值进行转化，来取得R’、G’、B’值，然后得到调理三路PWM的值。改换进程如图4。
2.2.1 xyY转化为XYZ
依据CIEl931表色法的界说得到
2.2.2 XYZ转化为RGB
光源一般都是不确定改变的数值，可是当供给规范的比色法数值时，有助于剖析各种光源。不同的规范光源满意不同的运用场合，依据CIE1931的规则，几种规范光源的数值如表3。
假如XYZ与RGB是相同的光源，则不需做任何改换;假如XYZ与RGB不是相同的光源，则需求布拉德福德矩阵来进行改换，改换公式如下。
该矩阵是三基色所限制的空间中履行得到，标明在XYZ坐标中，而相对于纯白色这一特殊情况时，能够愈加精确地得到红、绿、蓝的值，其特征与已知的XYZ坐标相对应。X’、y’、Z’与RGB之间的转化公式如下
2.2.3 RGB转化为R’G’B’
人眼对外界光源的感光值与输入光强不是呈线性联系的，而是呈指数型联系。在低照度下，人眼更简略分辨出亮度的改变，跟着照度的添加，人眼不易分辨出亮度的改变。不过，这能够经过gamma校对来处理，所谓gamma校对是对输入图画灰度值进行的非线性操作，使输出图画灰度值与输入图画灰度值呈指数联系：
Vout=AViny (5)
Vout、Vin指输入输出，A是改换系数，y是gamma校对系数。
RGB与R’G’B’的转化公式如下
3 试验成果及剖析
试验测得单片机输出PWM涉及对应的LED电流波形如图5所示，从图中能够看出，PWM的频率为404.8 kHz，占空比能够调理，经测验，输出频率规模为50 Hz到500 kHz之间，占空比可调理规模为0.05到1之间，输出电压大约为3.3 V，足以驱动MOSFET。输出电流峰值大约在300 mA左右，以400 kHz的频率调理电流输出，占空比为0.5。将PWM输出电压波形取反，以便调查，从图中能够看出，当其为高电平时，对应的LED电流大约为300mA，并且纹波很小，大约为3%;当其为低电平时，对应的LED电流大约为-50 mA，这是由电路续流发生的，对LED的作业没有影响。电流的轮换速率到达微秒级，具有很小的上升与下降时刻，并且跟着PWM的电压改变，电流也实时地改变，彻底能够自在操控导通时刻及占空比。每一路的通断都是由相同频率的PWM操控的，在分配各个LED灯串的导通时刻份额时，很有优势，实践测验下来与图5中的成果彻底一致。
4 定论
本文经过对三基色LED驱动电源及颜色转化算法的研讨，规划了一套驱动电路体系操控计划，经过奇妙的规划，仅运用几个简略的三极管、MOSFET管等元件来完结LED的操控。试验标明，PWM信号能够很好地操控LED电流，电流呼应速率到达微秒级，并且具有较大的功率。该操控计划的完结较为简略，并且本钱低、功率大，为三基色混色的智能操控供给了有用的处理计划。
