PWM调光方法在LED亮度调节中的应用

　　通过模拟可初步选择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， 稳定后电压为340 mV， 即电路中电流为17 mA.因为实际电路中电流有损耗， 所以实际电流值比模拟电流值偏小， 但整个电流的变化趋势与模拟基本一致。

　　图3 电感值40mH 电路中串联电阻的电压变化

　　2.2 电流与PWM占空比的关系

　　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时刻的电流值附近波动， 此时应该满足以下条件：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此维持在一个恒定值附近微小波动。

　　图4 RL 电路充放电曲线示意图

　　分析可知， 当启动驱动电路后， 经过若干个充放电周期电流达到一个相对稳定的值， 之后电流在这个稳定值附近波动。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增加； 满足图4 的条件时， 电流相对稳定。从而得出在LR 电路时间常数τ 一定时， 电感电流随PWM占空比的关系为：

　　其中m 是PWM 占空比。

　　图5 是电感电流随PWM 占空比变化的实验结果曲线， 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。分析理论公式和实验结果，可发现在PWM 占空比为36%~86%区间， 电感上电流值随PWM 波占空比线性变化， 变化趋势与理论推导一致。

　　对于高占空比的区间段， 由于充电曲线斜率已经趋近不变， 此时电流值也趋于最大值， 而在低区间段， 由于充电时间较短， 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 占空比变化的实验结果曲线

　　2.3 PWM 占空比调节方式

　　采用电脑通过RS-485 在线控制PWM 占空比的变化， 根据需要在256 个档位中进行选择， 每次用电脑向RS-485 发送两个字节的十六进制命令， 从而改变C8051产生的占空比， 达到改变LED亮度的目的。

　　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 通过“ 发送器” 转换成通信网络中的差分信号， 也可以将通信网络中的差分信号通过“ 接收器”转换成被微处理器接收的RX 信号。任一时刻，RS-485收发器只能工作在“ 接收” 或“ 发送” 两种模式之一。因此， 采用了图6 所示电路， 由微处理器输出的R/D 信号直接控制SN75LBC184 芯片的发送器/接收器使能：R/D信号为“1 ” ， 则SN75LBC184 芯片的发送器有效， 接收器禁止， 此时微处理器可以向SN75LBC184 总线发送数据字节；R/D 信号为“0 ” 则SN75LBC184 芯片的发送器禁止， 接收器有效， 此时微处理器可以处理来自RS-485总线的数据字节。此电路中， 任意时刻SN75LBC184 芯片中的“接收器”和“发送器”只能够有一个处于工作状态。

　　图6 RS-485 电路

　　不论从模拟还是实验角度来看， 在PWM调光驱动电路中加入电感， 可成功将电路中大范围变化的电流“ 平均” ， 使其稳定在一个可通过理论计算得出的值附近。本文综合了模拟调光和数字调光的共同优点， 且可以利用RS-485 ， 通过PWM 波与驱动电路中LED上电流的函数关系， 改变PWM 波的占空比， 即可让LED 有着理想的电流值， 并用计算机实时、细致地改变LED 的亮度。