基于ZibBee控制的高动态范围LED模拟调光装置设计

摘要：针对LED 应用于机器视觉辨认等特殊场合，本文提出了一种基于ZibBee 控制的高动态范围LED 模拟调光装置，提供了一种异于高频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，并实现了500∶ 1的高动态范围模拟调光。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。

　　1 引言

　　由于发光二级管( LED) 技术的不断发展，LED 由于其光效高， 响应速度快， 亮度调节范围广，正逐步地应用于信号，显示，照明和机器视觉辨认等各种领域。而常用的LED 亮度控制方式主要是模拟调光和数字调光( PWM)。比起现有的模拟调光，数字调光能取得一个更高的调光比和电流精度，应用更为广泛。在普通照明中，PWM 调光的开关频率一般在几百到几千赫兹之间，可以有效的避免人眼可见的闪烁。但在机器视觉辨认和工业检验等领域，由于使用的高速摄像机和传感器响应速度速度比人眼快很多，因此在这些领域使用PWM调光必须增加开关频率到几十千甚至更高，实现较为复杂，而模拟调光却没有这方面的问题。

　　本文通过可变降压和线性调光的两级电路实现了高效、准确、高动态范围的模拟调光输出，并使用TI 的C2430 芯片来实现输出亮度调节和无线控制的功能，特别适合用于上述的机器视觉辨认等高响应速率的应用场合。

　　2 高动态范围模拟调光电路

　　2. 1 概述

　　常见的LED 恒流电路有以下两种: 线性恒流电路和开关恒流电路。线性恒流电路通过监控采样电阻上的电压，动态地调节三极管的导通程度，控制电流，并将输入电压高于LED 串电压的部分承担。而开关恒流电路则在其不同拓扑结构下，调节开关导通的占空比来调节输出，同样得到恒流的效果。相比而言，如果输入电压和灯串电压差别较大时，在大电流下线性电路三极管的压降会造成较大的功率损耗，导致较低的效率。

图1 线性恒流电路

图2 开关恒流电路

　　2. 2 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。

图3 电路结构示意图