Multisim在脉宽调制高亮LED驱动电路仿真应用

摘 要：新的电子器件不断涌现，当需要新器件的模型进行仿真或制作印制电路板时，原有的Multisim元器件库就不能满足用户的需求，需建立与编辑新元器件。介绍利用Maxim公司高亮LED驱动器MAXl6823的Spice模型在Multisim 8中建立MAXl6823新元器件的方法；并以555定时器及MAXl6823驱动器组成的脉宽调制高亮度LED驱动电路为例，通过设置高亮LED参数，以及调节电阻RP即改变555定时器输出方波信号的占空比等对电路进行仿真分析，验证了所建立的MAXl6823新元器件的功能是正确的。结果表明利用该方法可以快速、高效地在Multisim中建立新元器件。
关键词：Multisim 8；脉宽调制；MAXl6823；LED驱动器

0 引 言
    仿真软件Multisim 8的元器件库有数千种电路元器件及模块可供实验选用。但随着电子技术的飞速发展，元器件厂家的新产品不断涌现，而原有的Multisim元器件库不能满足用户的需求，这就需要对新元器件进行Spice模型的编辑，如果利用元器件厂家已在其网站上公布的相应器件的仿真模型，这样就可快速地在：Multisim 8软件中建立新元件。美国Maxim(美信)公司在其网站http：／／www．maxim-ic．com．cn／tools／Spice提供了模拟开关和多路复用器、比较器、电流检测／仪表放大器、高频／光纤通信产品、LED Drivers、运算放大器、电源和电池管理等大量元器件的Spice模型。下面以Maxim公司的高压、3通道、高亮度LED驱动器MAXl6823为例，说明利用Multisim仿真软件在其元器件库建立MAxl6823新元件及对电路进行仿真分析的方法。

l MAXl6823新元器件的建立
    进入美国Maxim(美信)公司的网站，打开LED驱动器MAXl6823的宏模型文件MAXl6823．LIB，将其另存为文本文件格式(*．txt)，如MAXl6823．txt，这就得到了MAXl6823的Spice模型文件。进入Multi-sire 8主菜单，选择Tools，／Component wizard，出现元器件编辑对话框，创建一个新的元器件共需8个步骤。其中的第6步应在元器件编辑器中选择仿真模型对话框中的“Load from File”按钮，并将MAXl6823．txt文件载入；第7步应将元器件原理图符号引脚与元器件仿真模型引脚进行映射，这样在仿真时就可实现其预定的电路功能，最后将编辑的元器件存放于“User”库中。元器件编辑器的详细使用方法请参考Multisim 8主菜单的“Help”。

2 脉宽调制高亮度LED驱动电路的仿真分析
2．1 高亮度发光二极管
    高亮度发光二极管(High-Brightness LED)是指其发光强度可达几百至上千med(毫坎德拉)。一般小功率LED的最大工作电流仅30～70 mA，LED的发光强度与其工作电流IF成正比，超过最大工作电流则会过流而烧坏。
    下面介绍的日亚化学工业株式会社(网址http：／／www．nichia．corn，／cn／product／index．html)生产的NS-SWl00DT(白色)、NSSRl00BT(红色)、NSSGl00BT(绿色)和NSSBl00BT(蓝色)等LED产品，它们均是表面实装型发光二极管(SMD Type LED)，其主要性能见表1。

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    MAXl6823非常适合要求高电压输入的汽车应用，并能承受高达45 V的抛负载电压。其主要应用领域为：建筑、工业及环境照明，汽车组合尾灯(RCL)和雾灯，仪表盘指示灯，LCD背光照明，汽车紧急事件报警灯，光生物反应器及道口警示灯等。
2．3 脉宽调制高亮度LED驱动电路的仿真分析
    利用MuItisim 8进行仿真时，从元器件库中选择所需的器件拖放到工作区，拖动引脚可进行连线操作。图2是由555定时器及MAXl6823驱动器组成的脉宽调制LED驱动电路。图2左半部分是由555定时器组成的输出脉冲宽度可调(即占空比可调)的方波发生器电路；右半部分是由LED驱动器MAXl6823组成的LED驱动电路。

2．3．1 555定时器组成的占空比可调的方波发生器
    按照图2搭建好电路，LMC555CH与R4，R5，RP，D1，D2，C4组成无稳态多谐振荡器，通过调节RP使第3脚输出占空比可调的方波信号，D1，D2使电容C4的充电和放电电流流经不同的路径，充电电流只流经R4和RP左，放电电流只流经R5和RP右，因此电容C4的充电时间T1和放电时间T2分别为：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，与RP的调节无关，方波频率f=1／T=385 Hz，通过调节Rp可改变输出方波信号的占空比D=T1／T=(R4+Rp左)／(R4+R5+RP)。

2．3．2 脉宽调制高亮度LED驱动电路的仿真分析
    图2中R1，R2，R3分别是3个输出通道的检测电阻。MAXl6823采用检测电阻设置各通道的输出电流，给输出电流期望值所需的检测电阻可用下面的公式计算：Rcs=Vcs／IOUT
    式中：Vcs为203 mV；IOUT=ILED(平均电流)；ILED与PWM的占空比D有关，ILED=IFpeakD(IFpeak为脉冲电流幅值)。若D=100％时，ILED=IF=20 mA，可计算出R1=R2=R3=Rcs=203 mV／20 mA=10．15 Ω。将LEDl，LED4，LED7的参数设置为与NSSBl00BT(蓝色)的参数相同；将LED2，LED5，LED8的参数设置为与NSSRl00BT(红色)的参数相同；将LED3，LED6，LED9的参数设置为与NSSG100BT(绿色)的参数相同。按动Multisim 8的仿真开关，图2中右边的红、绿、蓝发光二极管会发亮、熄灭、再发亮、再熄灭，其亮、灭时间的长短随LMC555CH第3脚输出方波信号的占空比的变化而变化。通过按键盘上的A键或Shift+A键可调节RP的大小，从而改变输出方波信号的占空比。再用Multisim 8仿真示波器检测MAXl6823任一输出端的脉冲信号波形，可知其峰值电压为9．203 V，即VFB+VFR+VFG+Vcs=3．6+1．9+3．5+O．203=9．203 V，与设置值相符。这均说明所建立的MAXl6823新元器件的电路功能是正确的。

3 结 语
    从以上实例可以看出，利用Multisim 8仿真软件可以方便地建立新元器件以及各种设计电路，并可通过改变元器件的参数等对电路性能指标进行仿真分析以满足设计需要。