摘要：本文著重介紹了一種新型的LED亮化工程設計原理，並對設計中的控制器和LED驅動電源兩部分做了重點介紹，對與LED相關的戶外亮化工程項目具有現實意義。
關鍵詞：控制器 LED驅動電源
0 引言
隨著半導體行業的發展，發光二極體（LED）也日趨代替戶內應用的白熾燈及戶外應用的霓虹燈。LED具有節能、環保、體積小、壽命長的特點。LED燈具目前已廣泛應用於戶外樓體亮化、公園景觀照明、道路照明等項目中。比如LED 護欄管也具有熱量低、功耗小，具有較長的使用壽命等優點，如果與控制器相配合，就可以實現流水、漸變、追逐等效果。
本設計主要應用於大面積的工程，LED燈具與電腦控制器相連接，可以根據客戶的要求，實現各種圖案顯示和動畫視頻等高級的效果。
1 系統總體方案設計
系統的總體設計原理框圖如圖1所示，該系統由主控電腦、交換機、控制器、電源、LED光源等五大模塊組成。其中控制器是整個系統的中心模塊，是實現LED燈光變化效果的重要組成部分。
圖1
2 系統硬體介紹
2.1 主控電腦
主控電腦為市面普通的電腦，選取時主要參考的參數為：
CPU：2.0GHZ以上；
內存：1G以上 ；
百兆網卡。
其作用是處理亮化工程所需的視頻文件，並將視頻文件轉換為視頻信號數據，並發送到交換機。
2.2 交換機
本設計中電信號轉發的網絡設備由交換機（英文：Switch，意為「開關」）來實現。任意兩個網絡的節點可以通過交換機，實現獨享的電信號通路。
本設計中的交換機裝置，接收主控電腦傳送過來的亮化工程所需的視頻信號，對控制信號數據進行分配，並分別發送到控制器。
本設計中所選的交換機型號為水星S108M，它是8口百兆基本型交換機。
2.3 控制器
要使LED陣列有規律地發光，即顯示出客戶需要的文字、圖形或動畫視頻效果，就需要設置LED控制器（LED controller），其原理是通過晶片處理、控制LED所在電路中的各個位置的開關。
目前普遍利用脈寬調製（PWM）來實現對LED的亮度調控，其基本原理是控制恆定電壓的直流源開關頻率，改變LED兩端的電壓大小，從而達到控制要求的一種調製方法。在脈寬調製系統中，接通和斷開電源都是按照特定的頻率來控制，並且根據需要來改變一個周期內電源「接通」和「斷開」的時間，通過改變LED兩端所承擔的平均電壓的大小來控制LED的亮度。簡單來概括就是，在一定頻率的方波中，利用脈寬調製來調控低電平和高電平的占空比，從而實現對LED亮度的調控。
LED控制器就是將先進的電腦控制晶片技術和脈寬調製（PWM）數字化的亮化調節技術相結合，是專用於LED燈飾的紅、綠、藍三色智能調光控制器，可以對遠距離調光實現遙控，能夠滿足商業照明在不同時段和不同環境下對光線強弱的需要，有利於LED壽命的延長，更有利於節能環保。LED控制器還具有使用簡單，接線方便的優點，利用它可易於實現客戶所需求的跳變、漸變等的燈光變化效果。
本設計選用控制器T-100K-B，具有以下特點：
（1）可與電腦聯機，最大可以實現30萬像素點的控制。
（2）灰度控制範圍為32級―65536級，軟體Gamma校正處理。
（3）通過與視頻編播軟體LedEdit相結合來控制規則、異形等各種點、線、面的光源。
（4）配有8個輸出埠，32灰度級每埠最大可帶動1024顆燈，256灰度級每埠最大可帶動512顆燈。
（5）利用優化的網絡協議實現數據傳輸，可以與通用的百兆交換機進行連接。
（6）控制器的撥碼卡關實現對其IP位址的設定，每台控制器都有與其對應的IP位址。
（7）更有利於485差分信號或者TTL信號輸出。對於TTL信號的輸出，控制器的地線輸出應與燈具的地線連接到一起。
（8）實現單雙線IC兼容控制，接單線IC的燈具時，不需要與CLK時鐘線相接。
本設計在使用T-100K-B控制器的過程中，應注意一下幾點：
（1）本設計中，控制器到燈的距離超過20米，使用光電隔離信號傳輸控制方式，能夠有效抑制遠距離傳輸所帶來的噪聲干擾，提高信號傳輸的可靠性，同時提高信號傳輸速度，有效縮短響應時間。
（2）信號傳輸線選用質量好的網線，例如超五類網線。
（3）當需多台控制器時，SD 卡應插入第一台控制器，即主控制器上，並且只能儲存一個視頻效果文件。值得一提的是，燈具所顯示出來的動畫、視頻效果，優先讀取插在主控電腦上的SD卡，若此SD卡出現故障，主控制器會自動讀取其上的SD卡內程序，從而保證燈具的動畫、視頻效果能夠延續。
（4）在使用SD卡前，必須先對其進行格式化，然後才能將程序文件拷貝到SD卡，每次拷貝前都要格式化程「FAT」格式。並且控制器上的SD卡不可以熱插拔，也就是說，每次插拔SD卡時，必須先斷開控制器的電源。
2.4電源
LED需直流電壓驅動其工作，在實際應用中，需添加電壓變換電路，使220V的交流市政電壓變換為LED所能承擔的低電壓。
傳統LED交流輸入驅動器有兩種方案：
（1）電源變壓器降壓線性穩壓電源
此種電源從市政電源輸入端到低壓輸出端，主要分四個部分：降壓變壓器、整流、濾波、穩壓。此電源能夠實現較簡單的降壓穩壓輸出，其功率器件（如電晶體）工作在線性狀態，即電源一旦工作，其功率器件就一直在工作，導致其工作效率低，一般在50% - 60%。
（2）通用輸入反激式開關電源
此電源從市政電源輸入端到低壓輸出端，主要分以下四部分：整流、濾波、PWM控制器、降壓變壓器。開關電源分直流開關電源和交流開關電源，是利用現代的電力電子技術，控制開關導通和關斷的時間比率，達到維持輸出電壓穩定的目的的一種電源。開關電源一般由MOSFET和脈寬調製控制器組成。開關電源技術隨著電力電子技術的發展也在不斷地創新。因開關電源體積小、重量輕和效率高的特點，目前被廣泛應用於電子設備中，是當今電子信息產業迅速發展的不可或缺的一種電源方式。
本設計在市政電源與LED之間添加12V 直流開關電源，如圖2所示。
圖2
本設計中所用的開關電源，採用Supertex公司推出的HV9931固定頻率PWM控制器，以此來實現恆流和恆壓輸出，並且能提高功率因數校正。
3 結語
本文採用主控電腦、交換機、控制器、LED驅動電源等四個模塊相連接，實現現代工程亮化項目的設計，可以實現較大面積工程的LED亮化，使LED燈能夠顯示客戶所需求的圖案或動畫、視頻等高級效果。本設計通用性較好，實用性強，適合當今戶外樓體亮化工程項目。
參考文獻
[1]邵輝.由控制器HV9931驅動的LED電源[J].電子世界，2006（7）：59―61.
[2]魯剛強，基於單片機PWM信號控制LED的軟體實現方法[J]，電子技術，2012（5），46-47.
[3]周志敏，周紀海，紀愛華.LED驅動電路設計與應用[M].北京：人民郵電出版社，2006.
[4]楊恆.LED照明驅動器設計[M].北京：中國電力出版社，2010.
關鍵詞：控制器 LED驅動電源
0 引言
隨著半導體行業的發展，發光二極體（LED）也日趨代替戶內應用的白熾燈及戶外應用的霓虹燈。LED具有節能、環保、體積小、壽命長的特點。LED燈具目前已廣泛應用於戶外樓體亮化、公園景觀照明、道路照明等項目中。比如LED 護欄管也具有熱量低、功耗小，具有較長的使用壽命等優點，如果與控制器相配合，就可以實現流水、漸變、追逐等效果。
本設計主要應用於大面積的工程，LED燈具與電腦控制器相連接，可以根據客戶的要求，實現各種圖案顯示和動畫視頻等高級的效果。
1 系統總體方案設計
系統的總體設計原理框圖如圖1所示，該系統由主控電腦、交換機、控制器、電源、LED光源等五大模塊組成。其中控制器是整個系統的中心模塊，是實現LED燈光變化效果的重要組成部分。
圖1
2 系統硬體介紹
2.1 主控電腦
主控電腦為市面普通的電腦，選取時主要參考的參數為：
CPU：2.0GHZ以上；
內存：1G以上 ；
百兆網卡。
其作用是處理亮化工程所需的視頻文件，並將視頻文件轉換為視頻信號數據，並發送到交換機。
2.2 交換機
本設計中電信號轉發的網絡設備由交換機（英文：Switch，意為「開關」）來實現。任意兩個網絡的節點可以通過交換機，實現獨享的電信號通路。
本設計中的交換機裝置，接收主控電腦傳送過來的亮化工程所需的視頻信號，對控制信號數據進行分配，並分別發送到控制器。
本設計中所選的交換機型號為水星S108M，它是8口百兆基本型交換機。
2.3 控制器
要使LED陣列有規律地發光，即顯示出客戶需要的文字、圖形或動畫視頻效果，就需要設置LED控制器（LED controller），其原理是通過晶片處理、控制LED所在電路中的各個位置的開關。
目前普遍利用脈寬調製（PWM）來實現對LED的亮度調控，其基本原理是控制恆定電壓的直流源開關頻率，改變LED兩端的電壓大小，從而達到控制要求的一種調製方法。在脈寬調製系統中，接通和斷開電源都是按照特定的頻率來控制，並且根據需要來改變一個周期內電源「接通」和「斷開」的時間，通過改變LED兩端所承擔的平均電壓的大小來控制LED的亮度。簡單來概括就是，在一定頻率的方波中，利用脈寬調製來調控低電平和高電平的占空比，從而實現對LED亮度的調控。
LED控制器就是將先進的電腦控制晶片技術和脈寬調製（PWM）數字化的亮化調節技術相結合，是專用於LED燈飾的紅、綠、藍三色智能調光控制器，可以對遠距離調光實現遙控，能夠滿足商業照明在不同時段和不同環境下對光線強弱的需要，有利於LED壽命的延長，更有利於節能環保。LED控制器還具有使用簡單，接線方便的優點，利用它可易於實現客戶所需求的跳變、漸變等的燈光變化效果。
本設計選用控制器T-100K-B，具有以下特點：
（1）可與電腦聯機，最大可以實現30萬像素點的控制。
（2）灰度控制範圍為32級―65536級，軟體Gamma校正處理。
（3）通過與視頻編播軟體LedEdit相結合來控制規則、異形等各種點、線、面的光源。
（4）配有8個輸出埠，32灰度級每埠最大可帶動1024顆燈，256灰度級每埠最大可帶動512顆燈。
（5）利用優化的網絡協議實現數據傳輸，可以與通用的百兆交換機進行連接。
（6）控制器的撥碼卡關實現對其IP位址的設定，每台控制器都有與其對應的IP位址。
（7）更有利於485差分信號或者TTL信號輸出。對於TTL信號的輸出，控制器的地線輸出應與燈具的地線連接到一起。
（8）實現單雙線IC兼容控制，接單線IC的燈具時，不需要與CLK時鐘線相接。
本設計在使用T-100K-B控制器的過程中，應注意一下幾點：
（1）本設計中，控制器到燈的距離超過20米，使用光電隔離信號傳輸控制方式，能夠有效抑制遠距離傳輸所帶來的噪聲干擾，提高信號傳輸的可靠性，同時提高信號傳輸速度，有效縮短響應時間。
（2）信號傳輸線選用質量好的網線，例如超五類網線。
（3）當需多台控制器時，SD 卡應插入第一台控制器，即主控制器上，並且只能儲存一個視頻效果文件。值得一提的是，燈具所顯示出來的動畫、視頻效果，優先讀取插在主控電腦上的SD卡，若此SD卡出現故障，主控制器會自動讀取其上的SD卡內程序，從而保證燈具的動畫、視頻效果能夠延續。
（4）在使用SD卡前，必須先對其進行格式化，然後才能將程序文件拷貝到SD卡，每次拷貝前都要格式化程「FAT」格式。並且控制器上的SD卡不可以熱插拔，也就是說，每次插拔SD卡時，必須先斷開控制器的電源。
2.4電源
LED需直流電壓驅動其工作，在實際應用中，需添加電壓變換電路，使220V的交流市政電壓變換為LED所能承擔的低電壓。
傳統LED交流輸入驅動器有兩種方案：
（1）電源變壓器降壓線性穩壓電源
此種電源從市政電源輸入端到低壓輸出端，主要分四個部分：降壓變壓器、整流、濾波、穩壓。此電源能夠實現較簡單的降壓穩壓輸出，其功率器件（如電晶體）工作在線性狀態，即電源一旦工作，其功率器件就一直在工作，導致其工作效率低，一般在50% - 60%。
（2）通用輸入反激式開關電源
此電源從市政電源輸入端到低壓輸出端，主要分以下四部分：整流、濾波、PWM控制器、降壓變壓器。開關電源分直流開關電源和交流開關電源，是利用現代的電力電子技術，控制開關導通和關斷的時間比率，達到維持輸出電壓穩定的目的的一種電源。開關電源一般由MOSFET和脈寬調製控制器組成。開關電源技術隨著電力電子技術的發展也在不斷地創新。因開關電源體積小、重量輕和效率高的特點，目前被廣泛應用於電子設備中，是當今電子信息產業迅速發展的不可或缺的一種電源方式。
本設計在市政電源與LED之間添加12V 直流開關電源，如圖2所示。
圖2
本設計中所用的開關電源，採用Supertex公司推出的HV9931固定頻率PWM控制器，以此來實現恆流和恆壓輸出，並且能提高功率因數校正。
3 結語
本文採用主控電腦、交換機、控制器、LED驅動電源等四個模塊相連接，實現現代工程亮化項目的設計，可以實現較大面積工程的LED亮化，使LED燈能夠顯示客戶所需求的圖案或動畫、視頻等高級效果。本設計通用性較好，實用性強，適合當今戶外樓體亮化工程項目。
參考文獻
[1]邵輝.由控制器HV9931驅動的LED電源[J].電子世界，2006（7）：59―61.
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[3]周志敏，周紀海，紀愛華.LED驅動電路設計與應用[M].北京：人民郵電出版社，2006.
[4]楊恆.LED照明驅動器設計[M].北京：中國電力出版社，2010.
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