PWM調(diào)光方法在LED亮度調(diào)節(jié)中的應(yīng)用

　　通過模擬可初步選擇40 mH 的電感作為驅(qū)動(dòng)電路所用， 圖3 是用示波器采到的電壓波形圖， 此電壓是電路中串聯(lián)了一個(gè)20 Ω 的電阻上的電壓， 穩(wěn)定后電壓為340 mV， 即電路中電流為17 mA.因?yàn)閷?shí)際電路中電流有損耗， 所以實(shí)際電流值比模擬電流值偏小， 但整個(gè)電流的變化趨勢與模擬基本一致。

　　圖3 電感值40mH 電路中串聯(lián)電阻的電壓變化

　　2.2 電流與PWM 占空比的關(guān)系

　　圖4 所示為LED 驅(qū)動(dòng)電路充電以及放電曲線圖，Imax是電路在直流情況下的最大電流。設(shè)在PWM 占空比為m 時(shí)電路中的電流值在充電曲線上的t1時(shí)刻的電流值附近波動(dòng)， 此時(shí)應(yīng)該滿足以下條件：t 點(diǎn)的充電曲線斜率為k1，a 點(diǎn)處放電曲線斜率為k2， 應(yīng)有k1mT=|k2 |（1-m）T，驅(qū)動(dòng)電路中的電流因此維持在一個(gè)恒定值附近微小波動(dòng)。

　　圖4 RL 電路充放電曲線示意圖

　　分析可知， 當(dāng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)電路后， 經(jīng)過若干個(gè)充放電周期電流達(dá)到一個(gè)相對穩(wěn)定的值， 之后電流在這個(gè)穩(wěn)定值附近波動(dòng)。如圖5 所示， 對每個(gè)周期而言， 充電時(shí)電流曲線的斜率在不斷下降； 放電時(shí)電流曲線的斜率絕對值在不斷增加； 滿足圖4 的條件時(shí)， 電流相對穩(wěn)定。從而得出在LR 電路時(shí)間常數(shù)τ 一定時(shí)， 電感電流隨PWM 占空比的關(guān)系為：

　　其中m 是PWM 占空比。

　　圖5 是電感電流隨PWM 占空比變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線， 該曲線是在電感值為40 mH 時(shí)， 電路中串聯(lián)了一個(gè)22 Ω 電阻的情況下測得的。分析理論公式和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可發(fā)現(xiàn)在PWM 占空比為36%~86%區(qū)間， 電感上電流值隨PWM 波占空比線性變化， 變化趨勢與理論推導(dǎo)一致。

　　對于高占空比的區(qū)間段， 由于充電曲線斜率已經(jīng)趨近不變， 此時(shí)電流值也趨于最大值， 而在低區(qū)間段， 由于充電時(shí)間較短， 電路中損耗較大， 電感上電流值也趨近于零。

　　圖5 電感電流隨PWM 占空比變化的實(shí)驗(yàn)結(jié)果曲線

　　2.3 PWM 占空比調(diào)節(jié)方式

　　采用電腦通過RS-485 在線控制PWM 占空比的變化， 根據(jù)需要在256 個(gè)檔位中進(jìn)行選擇， 每次用電腦向RS-485 發(fā)送兩個(gè)字節(jié)的十六進(jìn)制命令， 從而改變C8051產(chǎn)生的占空比， 達(dá)到改變LED 亮度的目的。

　　RS-485 接口電路的主要功能是： 將來自微處理器的發(fā)送信號TX 通過“ 發(fā)送器” 轉(zhuǎn)換成通信網(wǎng)絡(luò)中的差分信號， 也可以將通信網(wǎng)絡(luò)中的差分信號通過“ 接收器”轉(zhuǎn)換成被微處理器接收的RX 信號。任一時(shí)刻，RS-485收發(fā)器只能工作在“ 接收” 或“ 發(fā)送” 兩種模式之一。因此， 采用了圖6 所示電路， 由微處理器輸出的R/D 信號直接控制SN75LBC184 芯片的發(fā)送器/接收器使能：R/D信號為“1 ” ， 則SN75LBC184 芯片的發(fā)送器有效， 接收器禁止， 此時(shí)微處理器可以向SN75LBC184 總線發(fā)送數(shù)據(jù)字節(jié)；R/D 信號為“0 ” 則SN75LBC184 芯片的發(fā)送器禁止， 接收器有效， 此時(shí)微處理器可以處理來自RS-485總線的數(shù)據(jù)字節(jié)。此電路中， 任意時(shí)刻SN75LBC184 芯片中的“接收器”和“發(fā)送器”只能夠有一個(gè)處于工作狀態(tài)。

　　圖6 RS-485 電路

　　不論從模擬還是實(shí)驗(yàn)角度來看， 在PWM 調(diào)光驅(qū)動(dòng)電路中加入電感， 可成功將電路中大范圍變化的電流“ 平均” ， 使其穩(wěn)定在一個(gè)可通過理論計(jì)算得出的值附近。本文綜合了模擬調(diào)光和數(shù)字調(diào)光的共同優(yōu)點(diǎn)， 且可以利用RS-485 ， 通過PWM 波與驅(qū)動(dòng)電路中LED 上電流的函數(shù)關(guān)系， 改變PWM 波的占空比， 即可讓LED 有著理想的電流值， 并用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)、細(xì)致地改變LED 的亮度。