LED强度可调驱动电路设计论文

编号：专业工程设计说明书

题目：LED强度可调驱动电路设计院（系）：电子工程与自动化学院

专业：光电信息科学与工程

学生姓名：李朝庭

学号：1300820112

指导教师：彭智勇

职称：高级实验师

2017年1 月1日

摘要

随着科学技术的进步和生活品质的提高，人们对LED照明的控制水平要求越来越高。为了实现二次节能，人们希望能够实现亮度调节，自由调节灯光的明暗程度。为了营造出不同的气氛，人们希望能够实现色温调节，个性化设置灯光环境。相关研究表明，采用两个调光电源分别驱动高低两种色温的白光LED阵列，通过调节两电源的驱动电流比例能够实现色温调节，但这种方法电源可靠性较低，并且无法实现独立调光。常规色温调节方法采用两个调光电源驱动高低两种色温白光LED阵列，通过调节两种LED的驱动电流比例实现色温调节。本论文在分析了LED调节的常规方法存在的问题的基础上，利用单片机结合数字旋转编码器编程，探讨了LED灯的色温调节和亮度调节方法。

关键词：LED；色温；RGB；调光；旋转编码器；单片机

目录

引言 (1)

1 设计任务 (2)

1.1 设计题目 (2)

1.2 设计要求 (2)

2 系统的组成 (3)

2.1 系统的组成总体框图 (3)

2.2 各部分系统的功能 (3)

2.3 方案可行性分析论证与仿真调试 (3)

2.3.1电源模块 (3)

2.3.2用户调节模块 (5)

2.3.3控制及显示模块 (6)

2.3.4 LED放大驱动模块 (9)

2.3.5各系统的衔接与总原理图 (10)

3 硬件设计 (11)

3.1 各个模块的硬件设计 (11)

3.2 元器件选择的依据以及元件参数的确定 (13)

3.3 PCB原理图与电路图布线设计 (13)

3.4 硬件制作 (13)

4 软件设计 (14)

4.1 PWM波产生 (14)

4.2 旋转编码器编程 (14)

4.3 亮度和色温交替的控制 (15)

4.4 数码管亮度和色温交替显示 (15)

4.5 软件总体设计 (15)

5 系统调试 (16)

5.1 电源模块的调试 (16)

5.2 旋转编码器输入的调试 (16)

5.3 数码管显示调试 (16)

5.4 LED驱动放大模块的调试 (16)

5.5 总体调试 (17)

6 结论 (18)

谢辞 (20)

参考文献 (21)

附录一元件清单 (22)

附录二电路总原理图 (23)

附录三PCB图 (24)

附录四单片机C语言源码 (25)

附录五实物图 (27)

引言

随节能减排已经成为当今世界重大战略性课题，LED因其节能、环保、光效高、寿命长等优点素有“绿色能源”之称，正逐步取代传统光源。随着科学技术的进步和生活品质的提高，人们对LED照明的控制水平要求越来越高。为了实现二次节能，人们希望能够实现亮度调节，自由调节灯光的明暗程度。为了营造出不同的气氛，人们希望能够实现色温调节，个性化设置灯光环境。相关研究表明，采用两个调光电源分别驱动高低两种色温的白光LED阵列，通过调节两电源的驱动电流比例能够实现色温调节，但这种方法电源可靠性较低，并且无法实现独立调光。常规色温调节方法采用两个调光电源驱动高低两种色温白光LED阵列，通过调节两种LED的驱动电流比例实现色温调节。该方法只能实现色温调节，无法实现线性调光。为此，本文在分析了LED色温调节的常规方法存在的问题的基础上，提出一种LED色温调节的新方法，与大家探讨。新方法仅采用一个 LED调光电源，在LED调光电源后仅增添几个器件即可实现LED灯具的色温调节和亮度调节且互不干扰，有利于降低了成本，提高电源可靠性，对于LED的控制具有应用价值。

1 设计任务

1.1 设计题目

设计LED强度可调驱动电路：

1）单路LED光强独立可调，不影响其它2路LED工作。

2）三路LED合成光强可调和色温可调。

1.2 设计要求

1、了解应用背景，掌握原理；

2、了解现有驱动设计方法，分析其优点和不足，并确定或设计自己方案；

3、选择RGB三色LED和电子器件，依据方案完成驱动电路设计；

4、调试好驱动电路，测试结果，并分析其特点与不足。

2 系统的组成

2.1 系统的组成总体框图

根据题目要求，LED驱动电路的基本功能拟出方案的原理方框图如下图所示：

图（2-1-1）方案原理方框图

2.2 各部分系统的功能

电源模块：控制电路的开关，为控制模块以及LED放大模块提供不同种类的电源。

用户调节模块：接收用户的对系统的输入信号，并且将信号传输到控制中心。

控制及显示模块：根据用户输入类型向放大模块输出相应的亮度以及色温调节信号。

LED放大模块：对控制中心的输出信号进行放大，实现LED的点亮。

2.3 方案可行性分析论证与仿真调试

此方案是否可行关键在于这四个部分的电路能否同时合理有效地工作，合理地设计各个模块是实行此方案的重要步骤。

2.3.1电源模块

根据整个驱动电路的总体要求，以及增强系统的健壮性，电路电源采用5V供电。且电源模块采用一键开关电路实现对整个电路电源的控制，其原理图如下：

` 图（2-3-1-1）一键开关电源控制原理

这个电路的特点在于，当按下Key键时所有三极管全部截止，且几乎不耗电。它主要利用Q1的输出与输入状态相反（非门）特性和电容的电流积累特性。刚上电时Q2和Q1的发射结均被10K电阻短路所以Q2和Q1均截止，此时实测电路耗电流仅为0.1uA，电平输出引脚输出低电平。此时C1通过R1缓慢充电最终等于VCC电压，当按下Key后C1通过R3给Q1基极放电，Q1迅速饱和，Q2也因此饱和，电平输出引脚变为高电平，当C1放电到Q1的be结压降0.7V左右时C1不再放电，此时若按键弹开C1将进一步放电到Q1的饱和压降0.3V左右，当再次按下S1，Q1即截止。

这种三极管开关电路方案可以非常及时的解决传统开关电路中，按键抖动和长按按键跳档的问题。应用这个方案的电路，其开关状态翻转的情况只发生在按键接触的瞬间，之后即便按键存在抖动或长按按键的情况开关状态不会受到影响。在这个方案的设计中，所选取的R1相对于R2、R3、R4来说，其本身的电阻很大，当C1电容的电压稳定后，R1远不足以改变Q1的开关状态，R1要能改变Q1的状态必须要等Key弹开后C1将流过R1的小电流累积存储，之后再通过Key的瞬间接触快速大电流释放从而改变Q1的状态。这也就是为什么这种开关电路设计能够有效防止长按按键跳档问题的根本所在。

利用Mutisim进行调试结果如下：

当第一次，再次，多次按下Key时，分别得到的波形图：

图（2-3-1-2）各路光强可调的控制

说明第一次按下Key时，电平引脚输出高电平；再次按下Key时，电平引脚输出高电平；多次按下Key时，电平引脚周期性地输出高低电平，说明Key起到了开关的作用。

通过multisim软件仿真以及调试可知，我们能够通过简单的一键开关电路控制电源的开关。