基于ZibBee控制的高动态范围LED模拟调光装置设计

　　可变降压电路的输入使用AC /DC电源提供的48V 总线，这部分电路根据后接的LED颗数多少和输出电流大小， 动态调节输出， 使其输出电压和LED灯串电压的差额保持较小的水平，从而减小大电流下三极管的损耗。这里本文使用NationalSemiconductor 公司的LM5010 降压芯片来搭建可变降压电路，原理图见图4:

图4 使用LM5010 搭建的可变降压电路

　　LM5010 是一个恒定导通时间的Buck 控制芯片。R1 和R2 组成电压反馈电路，将输出电压进行分压后输入至FB 脚上。每当FB 脚上电压低于2. 5V 时，芯片内部的开关会固定的导通一段时间，导通时间与输入电压和Ron有关， 之后开关会关断265ns 或直至FB 脚上电压下降到2. 5V 以下。电路通过(R1 + R2) /R2·VFB来设定最大输出电压。另一方面，为了降低在三极管的功率损耗，我们同时监测采集三极管和采样电阻的压降和， 并使用LM358 进行正向放大后通过D2 输入到FB 脚上。因此在三极管和采样电阻上的压降总和就不会大于Vdrop = ( VFB + VD2) × R3 / ( R3 + R4)。因此当LED灯串上的电压小于LM5010 的最大输出电压时，多余的电压就会由三极管和采样电阻承担，当这个电压经过放大后大于FB 脚的阈值时，LM5010 延长开关关断时间，使输出电压下降，因此最终的Vout =Vled + Vdrop。从而在LED 颗数比设计值少或者在对LED 进行调光时，前端输出的电压能够更合理的匹配灯串电压，具体见表1 和表2。

表2 13 颗LED 在不同输出电流下的可变降压电路输出和LED 灯串电压比较

　　图4 中三极管的基极旁边的方块便是电流控制电路，具体结构见下图5。电流主要是通过AnalogDevice 的AD5611 来控制，这是一款10 位的数模转换芯片，使用基准电源的输出直接供电，上位机CC2430 可以使用SPI 接口进行输出电压的编程。芯片的输出和采样电阻上的电压分别接到LM358 的5和6 脚，运放作为开环放大器来使用。放大器将两个输入的偏差进行放大来控制三极管导通程度，进而控制LED 串的电流，并最终使开环输入的两个电压相等，此时满足下式: Rsen × ILED = VA /D·R6 / ( R5+ R6)。电路中的R5 和R6 主要是将A /D 转换器的输出电压进行分压，以便能使用更小的采样电阻，提高效率。考虑到D /A 芯片的位数和整体的精度，本文中的线性电流控制电路能做到500 ∶ 1 的输出电流比。

图5 利用AD5611 搭建的模拟调光电路