基于无线遥控的电源电路设计

潘银松，何晓龙，宋晓亮，张 拢

（重庆大学 光电工程学院，重庆 400044）

LED（发光二极管）作为一种新型光源，广泛应用于家庭，办公等场合照明，促使了LED驱动电路进一步发展[1]。常用的LED驱动芯片功能较少，性能存在一定的缺陷，已经不能满足现代人们的需求。常用的驱动电路需要外部处理器对无线信号进行处理才能实现预期的部分功能，并且存在外围电路复杂，不能充分利用外部资源，占用空间较大等缺点[2]。文中采用提出的LED驱动电路主要考虑无线接收模块的输出信号类型，并对其进行处理以实现开关电路和调节亮度的目的。

1 驱动电路功能模块

本文设计的驱动电路较常用的LED驱动芯片电路主要增加了无线信号处理模块能直接处理接收到的脉冲信号并进行开关控制和亮度调节。较常用的驱动芯片[3]不需外围处理器处理接收信号，可直接与无线接收器连接。增加了数字电位器、加减同步计数器等模块，原理框图如图1所示。

图1简化框图中，驱动电路各模块工作原理和功能如下：

1）驱动电路可由2个端口进行开关。ON/OFF1使用无线信号开关电路，具有自动复位功能，ON/OFF2采用电平方式进行开关控制。

2）IN1，IN2为主电源和备用电源输入端，当IN1电压小于一定值时，开启备用电源，否则优先使用主电源。

图1 LED驱动电路模块图Fig.1 LED driver circuit module

3）设计了加减计数电位器模块，PU，PD通过无线信号进行加减计数控制数字电位器的输出电压。

4）FB反馈电压可与电位器电压、内部基准电压（1.2 V）或外部基准电压进行比较来控制输出电流，电流大小为（ILED=Vref/Rfb）[4]。

5）通过逻辑电路将开关信号，比较器信号[5]和振荡器产生的方波信号进行逻辑运算最后通过驱动器进行控制。

2 亮度调控电路

常用LED驱动芯片采用PWM进行亮度调节，电流没有达到一定的值，控制电路会驱动输出电路使其趋于稳恒电流，可能导致不能达到亮度调节的目的；可控性差，电流波动较大，不利于亮度调节控制[6]。本文利用数字电位器调节基准电压以调节亮度。

2.1 数字电位器设计原理

亮度的控制主要是通过调节输出电流。基准参考源电压使用数字电位器进行调控，通过将数字电位器模块，3-8译码器模块和加减计数器模块级联构成脉冲调节电位器，可以直接连接无线接器，电位器电路如图2所示[7]。

图2 电位器原理图Fig.2 Potentiometer circuit diagram

电位器电路利用基准源的镜像电路为串联的MOS管提供偏置电压，使流过MOS管串的电流大小为纳安级，减小输出电压受电源电压波动的影响，同时降低功耗。电位器的输出电压端连接传输门，通过3-8译码器控制传输门来选择输出电压值。输出电压端采用MOS放大器进行隔离，减小负载对输出电压的影响。

2.2 亮度控制原理

图3中减法器电路（PD相连模块），加法器电路（PU相连模块）采用同步时序电路设计方法，在PD（PU）端的脉冲信号作用下，对输出状态作减（加）法处理。图中的触发器为主从D触发器，避免输入输出电平会相互产生影响，使电路逻辑混乱。同时，在主从D触发器外部有输入端口连接到主D触发器Q端的，在PD（PU）为低电平时，通过输入端改变输出状态，使减法器和加法器输出相同状态。亮度控制电路由减法计数器（PD）、加法计数器（PU）、D触发器、数据选择器、3-8译码器、电位器、比较器等结构组成。

图3 加减数据更新模块Fig.3 Adder and subtracter data update module

3 cadence仿真

3.1 驱动电路仿真

参考源为内部基准时，LED驱动电路工作电压为5 V，内部设计有1.2 V的基准源作为参考电压，反馈端与地之间连接阻值为6 Ω电阻。在电容10 μF，电感20 nH，频率大约为1 MHz的振荡器驱动下，电路输出波形如图4所示。参考源为电位器电压时，LED驱动电路工作电压为5 V，使用数字电位器作为参考电压，反馈端与地之间连接阻值为4.5 Ω电阻。在电容10 μF，电感20 nH，频率大约为1 MHz的振荡器驱动下（频率越大，电感越大电流越平稳），电路输出波形如图5所示。

图4 参考源为内部基准驱动电路仿真Fig.4 Internal reference circuit simulation

3.2 驱动电路版图

驱动电路版图采用CSMC035工艺库，使用poly和metal作为导线，如图6所示[8]。

驱动电流大小与反馈电阻和考电压有关 （ILED=Vref/Rfb）。当采用外部基准源或电位器电压作为反馈端的参考源时。振荡器频率大约在1 MHz以上时，输出电流在0.1 mA变化，亮度无明显变化 （如图4，图5）。振荡器频率大约在100 kHz时，输出电流波动大约在20 mA左右，亮度将发生明显变化。

图5 参考源为电位器电压的驱动电路仿Fig.5 Potentiometer voltage circuit simulation

4 结束语

通过对驱动电路的参数分析，得出以下优点：1）无需外部处理器辅助即可接收处理无线信号。2）可控性高，易于控制，能实现无线开关和亮度调节功能。输出电流基本保持恒定，亮度基本保持不变。3）功能全面，性能良好，应用范围广。芯片提供了内部基准源，电位器和外部电压参考输入端。因此，该驱动电路能满足现代家庭，办公场所的需求。

[1]HUA Yin-guo，LIN Yu-chi，WANG Wei，et al.Design of high-stability driver for white LED[J].Symposium on Photonics and Optoelectronics，2009:1-3.

[2]石合地，曾以成，李祥.电流自动可调低功耗LED驱动电路[J].电路与系统学报，2013，18（1）:353-356.

图6 驱动电路版图Fig.6 Driver circuit layout

[3]贺景霞.大功率LED驱动电路设计与仿真[J].电源管理，2013，（8）:57-60.

[4]张慧熙.亮度可调大功率白光LED驱动电路设计[J].杭州师范大学学报，2013，12（5）:429-436.

[5]张普雷.大功率背光源用LED驱动电路的研究现状与进展[J].液晶与显示，2010，25（1）:68-74.

[6]YANG Yuan，SONG Zheng-hua，GAO Yong.A white LED driver based on sual mode switch dimming[J].Symposium on Photonics and Optoelectronics，2009:1-4.

[7]杨颂华.数字电子技术基础[M].西安:西安电子科技大学出版社，2009.

[8]R.Jacob Backer.CMOS电路设计·布局与仿真[M].陈中建，等译.北京:机械工业出版社，2006.