具体电路设计
现有的开关电源控制芯片也有提供模拟调光功能,但是调光比都很小,一般在几十左右,是作为PWM调光的一个补充,这个调光比和前述机器视觉辨认的要求差距较大。针对上述情况,本文重新对线性恒流电路进行了改进,在这部分电路前增加了可变降压电路,用于匹配输入电压和LED灯串电压,提高效率;同时使用高精度的D/A来控制电流输出,得到一个较高的模拟调光比。整个电路系统结构如图3,在AC/DC电源的输出总线上可以挂载多于一路的可调恒流电路,通过ZigBee模块进行输出电流控制,保证每一路输出的电流准确,可调。
电路分析: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。这里使用LM5010降压芯片来搭建可变降压电路,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。
图4中三极管的基极旁边的方块便是电流控制电路。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。
针对LED应用于机器视觉辨认等特殊场合,提出了一种基于ZibBee控制的高动态范围LED模拟调光装置,一种异于高频PWM的调光方法。设计通过对原有线性电源的改进,增加了可变降压电路,提高了其工作效率。电路中同时使用了CC2430芯片实现电流控制和无线遥控的功能,配合着ZigBee无线网关便可实现远程调光控制。