LED 是一种固态电光源， 是一种半导体照明器材，其电学特性具有很强的离散性。它具有体积小、机械强度大、功耗低、寿命长， 便于调理操控及无污染等特征，有极大发展远景的新式光源产品。LED 调光办法的完成分为两种： 模仿调光和数字调光， 其间模仿调光是经过改动LED 回路中电流巨细到达调光; 数字调光又称PWM 调光， 经过PWM 波敞开和封闭LED 来改动正向电流的导通时间以到达亮度调理的作用。模仿调光经过改动LED 回路中的电流来调理LED 的亮度， 缺陷是在可调理的电流规模内， 可调档位遭到约束;PWM 波调光可经过改动凹凸电平的占空比来恣意改动LED 的敞开时间， 然后使亮度调理的档位增多。本文拟用两种办法一起作用， 以到达调理LED 亮度的作用。
1 LED 调光办法
模仿调光是经过改动LED 回路中电流巨细到达调光， 电源电压不变， 经过改动R 的电阻值来改动回路中的电流， 然后到达改动LED 亮度的作用。许多其他模仿调光都是选用这种办法的延伸， 其长处是电流可接连， 但可调理电流的规模往往遭到硬件的约束， 调理档位不多， 关于要求亮度感应灵敏的高精度采光设备， 这种办法不抱负。
数字调光又称PWM 调光， 经过PWM 波敞开和封闭LED 来改动正向电流的导通时间， 以到达亮度调理的作用。该办法根据人眼对亮度闪耀不行灵敏的特性，使负载LED 时亮时暗。假如亮暗的频率超越100 Hz , 人眼看到的便是均匀亮度， 而不是LED 在闪耀。PWM 经过调理亮和暗的时间份额完成调理亮度， 在一个PWM 周期内， 因为人眼对大于100 Hz 内的光闪耀， 感知的亮度是一个累积进程， 即亮的时间在整个周期中所占得份额越大， 人眼感觉越亮。可是关于一些高频采样的设备， 如高频采样摄像头， 采样时有或许刚好采到LED 暗时的图画。因而本文将模仿和数字相结合， 规划了LED 的驱动电路。
2 选用电感的PWM 调理办法
2.1 驱动电路
电路中， 当电感上通有电流时， 电感会发生磁场， 即部分电流转换成磁能的方法” 存储” 在电感中; 当不再向电感上通电流时， 电感会将磁能经过电流的方法在回路中释放出来。这也是电感上电流不能骤变的原因， 根据电感的这种” 充放电” 原理， 能够将它用来均匀PWM 波调光中发生的不接连电流。式(1) 、式(2) 分别是LR 电路的充电和放电进程及电流与时间的联系。
其间，If是终究安稳电流，I0是放电初始电流，τ (τ=L/R,L 是电感值，R 是回路电阻) 是LR 电路的时间常数。
图1 所示为驱动电路， 电感值的挑选以及PWM 波的频率挑选在此驱动电路中适当重要。挑选C8051330 芯片作为PWM 波的输出， 选用守时器翻转操控凹凸电平的时间，然后操控PWM 波的占空比。
图1 驱动电路
要确保PWM 周期小于电感的τ 时间， 因为若PWM 的周期大于τ， 则极有或许出现在PWM 的占空比改动的情况下， 电路中电流都能到达电感的饱满直流电流， 影响了对LED 电流调理。当C8051330 的时钟频率是25 MHz ,PWM 的周期的挑选对电流改动档位的影响很大。若周期越大， 则PWM 占空比的档位越多， 反之越少。拟用256 个档位的占空比， 因而PWM 波的频率应挑选在100kHz 以下，即周期在10 μs 以上，直流电感为10Ω， 此刻电感值应挑选大于0.1 mH.图2 分别是PWM 频率为100kHz , 占空比为90%, 电感为0.1 mH、1 mH 和40 mH 时电路电流值的模仿成果。
(a)电感值为0.1mH 时电流随时间联系
(b)电感值为1mH 时电流随时间联系
(c)电感值为40mH 时电流随时间联系
(d)图c 曲线部分扩大图
图2 不同电感值下电流随时间的改动。
经过模仿可开始挑选40 mH 的电感作为驱动电路所用， 图3 是用示波器采到的电压波形图， 此电压是电路中串联了一个20 Ω 的电阻上的电压， 安稳后电压为340 mV, 即电路中电流为17 mA.因为实践电路中电流有损耗， 所以实践电流值比模仿电流值偏小， 但整个电流的改动趋势与模仿根本一起。
图3 电感值40mH 电路中串联电阻的电压改动
2.2 电流与PWM 占空比的联系
图4 所示为LED 驱动电路充电以及放电曲线图，Imax是电路在直流情况下的最大电流。设在PWM 占空比为m 时电路中的电流值在充电曲线上的t1时间的电流值邻近动摇， 此刻应该满意以下条件：t 点的充电曲线斜率为k1,a 点处放电曲线斜率为k2, 应有k1mT=|k2 |(1-m)T,驱动电路中的电流因而维持在一个安稳值邻近细小动摇。
图4 RL 电路充放电曲线示意图
剖析可知， 当发动驱动电路后， 经过若干个充放电周期电流到达一个相对安稳的值， 之后电流在这个安稳值邻近动摇。如图5 所示， 对每个周期而言， 充电时电流曲线的斜率在不断下降; 放电时电流曲线的斜率绝对值在不断添加; 满意图4 的条件时， 电流相对安稳。然后得出在LR 电路时间常数τ 一守时， 电感电流随PWM 占空比的联系为：
其间m 是PWM 占空比。
图5 是电感电流随PWM 占空比改动的试验成果曲线， 该曲线是在电感值为40 mH 时， 电路中串联了一个22 Ω 电阻的情况下测得的。剖析理论公式和试验成果，可发现在PWM 占空比为36%~86%区间， 电感上电流值随PWM 波占空比线性改动， 改动趋势与理论推导一起。
关于高占空比的区间段， 因为充电曲线斜率现已趋近不变， 此刻电流值也趋于最大值， 而在低区间段， 因为充电时间较短， 电路中损耗较大， 电感上电流值也趋近于零。
图5 电感电流随PWM 占空比改动的试验成果曲线
2.3 PWM 占空比调理方法
选用电脑经过RS-485 在线操控PWM 占空比的改动， 根据需要在256 个档位中进行挑选， 每次用电脑向RS-485 发送两个字节的十六进制指令， 然后改动C8051发生的占空比， 到达改动LED 亮度的意图。
RS-485 接口电路的主要功能是： 将来自微处理器的发送信号TX 经过” 发送器” 转换成通讯网络中的差分信号， 也能够将通讯网络中的差分信号经过” 接纳器”转换成被微处理器接纳的RX 信号。任一时间，RS-485收发器只能作业在” 接纳” 或” 发送” 两种形式之一。因而， 选用了图6 所示电路， 由微处理器输出的R/D 信号直接操控SN75LBC184 芯片的发送器/接纳器使能：R/D信号为”1 ” , 则SN75LBC184 芯片的发送器有用， 接纳器制止， 此刻微处理器能够向SN75LBC184 总线发送数据字节;R/D 信号为”0 ” 则SN75LBC184 芯片的发送器制止， 接纳器有用， 此刻微处理器能够处理来自RS-485总线的数据字节。此电路中， 恣意时间SN75LBC184 芯片中的”接纳器”和”发送器”只能够有一个处于作业状况。
图6 RS-485 电路
不管从模仿仍是试验视点来看， 在PWM 调光驱动电路中参加电感， 可成功将电路中大规模改动的电流” 均匀” , 使其安稳在一个可经过理论核算得出的值邻近。本文归纳了模仿调光和数字调光的一起长处， 且能够使用RS-485 , 经过PWM 波与驱动电路中LED 上电流的函数联系， 改动PWM 波的占空比， 即可让LED 有着抱负的电流值， 并用核算机实时、详尽地改动LED 的亮度。
