Multisim在脈寬調(diào)制高亮LED驅(qū)動電路仿真應(yīng)用

摘 要：新的電子器件不斷涌現(xiàn)，當(dāng)需要新器件的模型進(jìn)行仿真或制作印制電路板時，原有的Multisim元器件庫就不能滿足用戶的需求，需建立與編輯新元器件。介紹利用Maxim公司高亮LED驅(qū)動器MAXl6823的Spice模型在Multisim 8中建立MAXl6823新元器件的方法；并以555定時器及MAXl6823驅(qū)動器組成的脈寬調(diào)制高亮度LED驅(qū)動電路為例，通過設(shè)置高亮LED參數(shù)，以及調(diào)節(jié)電阻RP即改變555定時器輸出方波信號的占空比等對電路進(jìn)行仿真分析，驗(yàn)證了所建立的MAXl6823新元器件的功能是正確的。結(jié)果表明利用該方法可以快速、高效地在Multisim中建立新元器件。
關(guān)鍵詞：Multisim 8；脈寬調(diào)制；MAXl6823；LED驅(qū)動器

0 引 言
    仿真軟件Multisim 8的元器件庫有數(shù)千種電路元器件及模塊可供實(shí)驗(yàn)選用。但隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，元器件廠家的新產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，而原有的Multisim元器件庫不能滿足用戶的需求，這就需要對新元器件進(jìn)行Spice模型的編輯，如果利用元器件廠家已在其網(wǎng)站上公布的相應(yīng)器件的仿真模型，這樣就可快速地在：Multisim 8軟件中建立新元件。美國Maxim(美信)公司在其網(wǎng)站http：／／www．maxim-ic．com．cn／tools／Spice提供了模擬開關(guān)和多路復(fù)用器、比較器、電流檢測／儀表放大器、高頻／光纖通信產(chǎn)品、LED Drivers、運(yùn)算放大器、電源和電池管理等大量元器件的Spice模型。下面以Maxim公司的高壓、3通道、高亮度LED驅(qū)動器MAXl6823為例，說明利用Multisim仿真軟件在其元器件庫建立MAxl6823新元件及對電路進(jìn)行仿真分析的方法。

l MAXl6823新元器件的建立
    進(jìn)入美國Maxim(美信)公司的網(wǎng)站，打開LED驅(qū)動器MAXl6823的宏模型文件MAXl6823．LIB，將其另存為文本文件格式(*．txt)，如MAXl6823．txt，這就得到了MAXl6823的Spice模型文件。進(jìn)入Multi-sire 8主菜單，選擇Tools，／Component wizard，出現(xiàn)元器件編輯對話框，創(chuàng)建一個新的元器件共需8個步驟。其中的第6步應(yīng)在元器件編輯器中選擇仿真模型對話框中的“Load from File”按鈕，并將MAXl6823．txt文件載入；第7步應(yīng)將元器件原理圖符號引腳與元器件仿真模型引腳進(jìn)行映射，這樣在仿真時就可實(shí)現(xiàn)其預(yù)定的電路功能，最后將編輯的元器件存放于“User”庫中。元器件編輯器的詳細(xì)使用方法請參考Multisim 8主菜單的“Help”。

2 脈寬調(diào)制高亮度LED驅(qū)動電路的仿真分析
2．1 高亮度發(fā)光二極管
    高亮度發(fā)光二極管(High-Brightness LED)是指其發(fā)光強(qiáng)度可達(dá)幾百至上千med(毫坎德拉)。一般小功率LED的最大工作電流僅30～70 mA，LED的發(fā)光強(qiáng)度與其工作電流IF成正比，超過最大工作電流則會過流而燒壞。
    下面介紹的日亞化學(xué)工業(yè)株式會社(網(wǎng)址http：／／www．nichia．corn，／cn／product／index．html)生產(chǎn)的NS-SWl00DT(白色)、NSSRl00BT(紅色)、NSSGl00BT(綠色)和NSSBl00BT(藍(lán)色)等LED產(chǎn)品，它們均是表面實(shí)裝型發(fā)光二極管(SMD Type LED)，其主要性能見表1。

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    MAXl6823非常適合要求高電壓輸入的汽車應(yīng)用，并能承受高達(dá)45 V的拋負(fù)載電壓。其主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋航ㄖ?、工業(yè)及環(huán)境照明，汽車組合尾燈(RCL)和霧燈，儀表盤指示燈，LCD背光照明，汽車緊急事件報警燈，光生物反應(yīng)器及道口警示燈等。
2．3 脈寬調(diào)制高亮度LED驅(qū)動電路的仿真分析
    利用MuItisim 8進(jìn)行仿真時，從元器件庫中選擇所需的器件拖放到工作區(qū)，拖動引腳可進(jìn)行連線操作。圖2是由555定時器及MAXl6823驅(qū)動器組成的脈寬調(diào)制LED驅(qū)動電路。圖2左半部分是由555定時器組成的輸出脈沖寬度可調(diào)(即占空比可調(diào))的方波發(fā)生器電路；右半部分是由LED驅(qū)動器MAXl6823組成的LED驅(qū)動電路。

2．3．1 555定時器組成的占空比可調(diào)的方波發(fā)生器
    按照圖2搭建好電路，LMC555CH與R4，R5，RP，D1，D2，C4組成無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié)RP使第3腳輸出占空比可調(diào)的方波信號，D1，D2使電容C4的充電和放電電流流經(jīng)不同的路徑，充電電流只流經(jīng)R4和RP左，放電電流只流經(jīng)R5和RP右，因此電容C4的充電時間T1和放電時間T2分別為：T1=0．693(R4+RP左)C4，T2=0．693(R5+RP右)C4，方波周期：T=T1+T2=0．693(R4+R5+RP)C4=O．693(6．8+6．8+100)×103×O．033×10-5=2．6×10-3 s，與RP的調(diào)節(jié)無關(guān)，方波頻率f=1／T=385 Hz，通過調(diào)節(jié)Rp可改變輸出方波信號的占空比D=T1／T=(R4+Rp左)／(R4+R5+RP)。

2．3．2 脈寬調(diào)制高亮度LED驅(qū)動電路的仿真分析
    圖2中R1，R2，R3分別是3個輸出通道的檢測電阻。MAXl6823采用檢測電阻設(shè)置各通道的輸出電流，給輸出電流期望值所需的檢測電阻可用下面的公式計(jì)算：Rcs=Vcs／IOUT
    式中：Vcs為203 mV；IOUT=ILED(平均電流)；ILED與PWM的占空比D有關(guān)，ILED=IFpeakD(IFpeak為脈沖電流幅值)。若D=100％時，ILED=IF=20 mA，可計(jì)算出R1=R2=R3=Rcs=203 mV／20 mA=10．15 Ω。將LEDl，LED4，LED7的參數(shù)設(shè)置為與NSSBl00BT(藍(lán)色)的參數(shù)相同；將LED2，LED5，LED8的參數(shù)設(shè)置為與NSSRl00BT(紅色)的參數(shù)相同；將LED3，LED6，LED9的參數(shù)設(shè)置為與NSSG100BT(綠色)的參數(shù)相同。按動Multisim 8的仿真開關(guān)，圖2中右邊的紅、綠、藍(lán)發(fā)光二極管會發(fā)亮、熄滅、再發(fā)亮、再熄滅，其亮、滅時間的長短隨LMC555CH第3腳輸出方波信號的占空比的變化而變化。通過按鍵盤上的A鍵或Shift+A鍵可調(diào)節(jié)RP的大小，從而改變輸出方波信號的占空比。再用Multisim 8仿真示波器檢測MAXl6823任一輸出端的脈沖信號波形，可知其峰值電壓為9．203 V，即VFB+VFR+VFG+Vcs=3．6+1．9+3．5+O．203=9．203 V，與設(shè)置值相符。這均說明所建立的MAXl6823新元器件的電路功能是正確的。

3 結(jié) 語
    從以上實(shí)例可以看出，利用Multisim 8仿真軟件可以方便地建立新元器件以及各種設(shè)計(jì)電路，并可通過改變元器件的參數(shù)等對電路性能指標(biāo)進(jìn)行仿真分析以滿足設(shè)計(jì)需要。