LED可控恒流源驅動(dòng)系統設計方案

LED作為第三代照明光源，具有工作電壓低，耗電量小，發(fā)光效率高、壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)。LED是一個(gè)非線(xiàn)性器件，當LED導通時(shí)，只要LED上的電壓發(fā)生微小變化，就會(huì )使電流過(guò)大導致LED器件發(fā)熱損壞。LED的工作特性對其供電電源質(zhì)量的依賴(lài)程度很大，因此實(shí)現一個(gè)高質(zhì)量的供電電源對提高LED的照明質(zhì)量、電能利用率、延長(cháng)LED的使用壽命有著(zhù)重要的意義。供電電源的穩定性主要取決于LED驅動(dòng)電路設計，恒流源驅動(dòng)是最佳的LED驅動(dòng)方式，采用恒流源驅動(dòng)，LED上流過(guò)的電流將不受電壓、環(huán)境溫度變化，以及LED參數離散性的影響，從而能保持電流恒定，充分發(fā)揮LED的各種優(yōu)良特性。目前廣泛采用的恒流源有兩種形式：一種是線(xiàn)性電源改進(jìn)型恒流源，另一種是開(kāi)關(guān)電源式恒流源。線(xiàn)性電源改進(jìn)型恒流源的線(xiàn)性損耗大，適用范圍??；開(kāi)關(guān)電源式恒流源的可靠性較差，適應范圍小，而且成本高。因此，經(jīng)濟實(shí)用、性能可靠的數控恒流源就得到了廣泛的應用。本文針對小功率LED在現有照明系統中驅動(dòng)方式存在的一些不足，設計了一種高效的驅動(dòng)系統，提出了一種相應的新型驅動(dòng)系統。

1 LED特性

1.1LED伏安特性

LED伏安特性的數學(xué)模型可以表示為：

式中，V是LED啟動(dòng)電壓；RS表示伏安曲線(xiàn)斜率；IF表示LED正向電流；T表示環(huán)境溫度；△VF/△T是LED正向電壓的溫度系數，對于大多數LED而言，它的典型值為-2V/℃。從LED的數學(xué)模型看，在一定的環(huán)境溫度條件下LED在正向導通后其正向電壓的細小變動(dòng)將引起LED電流的很大變化。

1.2LED溫度特性

LED正向電流的大小是隨溫度變化而變化的，白光LED的工作電流一般在200mA左右，當環(huán)境溫度一旦超過(guò)50℃，白光LED的容許正向電流會(huì )幅度降低而達不到正常發(fā)光亮度所需的工作電流，在此情況下如果仍舊施加大電流，很容易使白光LED老化。

1.3LED光學(xué)特性

光源的光通量是指單位時(shí)間內通過(guò)4π立體角的可見(jiàn)光能量。白光LED電流與光通量的關(guān)系如圖1所示，隨著(zhù)電流的增加，LED的光通量非線(xiàn)性增加，并逐漸趨于飽和。其原因主要是因為隨著(zhù)電流及時(shí)間的增大，大功率LED內部溫度上升，發(fā)生在P/N結結區的載流子復合幾率下降，造成LED發(fā)光效率降低。

2 系統方案選擇與比較

2.1系統結構框圖

系統結構框圖如圖2所示。

2.2核心控制器的選擇

控制器采用目前比較通用的STC系列單片機STC89C52，一種帶8K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的高性能8位微處理器。該器件采用高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，STC的STC89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

2.3時(shí)鐘功能模塊的選擇

方案1采用DS1302時(shí)鐘芯片。此芯片體積小、引腳少，操作起來(lái)非常方便。缺點(diǎn)是使用時(shí)需要外接備份電池和外部晶振，硬件線(xiàn)路較復雜，成本較高。

方案2采用DS12C887時(shí)鐘芯片。此芯片，體積相對較大，內部集成有可充電鋰電池，同時(shí)還集成32.768kHz的標準晶振，可有效地保持時(shí)間的連續性，使用起來(lái)非常方便，但價(jià)格昂貴。

方案3利用單片機（晶振11.0592M）的定時(shí)器設計時(shí)鐘。時(shí)間顯示在1602液晶上，用獨立鍵盤(pán)調節時(shí)鐘的時(shí)、分、秒，并且可以設置定時(shí)。成本低，不需要在啟用其他的芯片和外圍電路，但程序較為復雜。

考慮到性?xún)r(jià)比的問(wèn)題和電路優(yōu)化問(wèn)題，所以選用方案3。

2.4恒流源模塊選擇

方案1采用單片機產(chǎn)生PWM信號，輸出到達林頓管，經(jīng)濾波器消除紋波，實(shí)現恒流源功能。采用PWM脈沖方式來(lái)實(shí)現的恒流源可簡(jiǎn)化硬件電路，易于控制和調節，但是該方案精度難以保證，要適應本設計對精度的要求在技術(shù)上難度較高，且該方案很難適應電流調節范圍大的應用需求，受紋波和穩定性等因素的限制，難以實(shí)現。

方案2由運算V/I轉換電路構成恒流電路。運算放大器構成的恒流電路擺脫了晶體管恒流電路受限于工藝參數的缺點(diǎn)。該方案可實(shí)現0~5V/0~500mA的V/I轉換，且轉換精度較高。若輸入端由單片機配合數字電位器控制，還可很方便實(shí)現數控恒流源。

方案3通過(guò)專(zhuān)門(mén)的恒流/恒壓芯片LT1769和簡(jiǎn)單的控制線(xiàn)路來(lái)實(shí)現壓控電流源方案。這種恒壓芯片具有集成度高，使用起來(lái)控制系統的軟硬件都變得相對簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。但缺點(diǎn)是方案實(shí)現不夠靈活；由于該芯片精度不高，設備性能被局限在這種專(zhuān)用芯片性能指標所允許的范圍內。所以這種設計一般只適合于精度要求不高，但集成度和便攜性要求高的場(chǎng)合，事實(shí)證明，這不是做理想的數控電流源實(shí)現方案。

鑒于論證與比較，最終選擇方案2。

2.5D/A轉換器選擇

對于D/A轉換器，筆者使用非常普遍的8位D/A轉換器DAC0832，其轉換時(shí)間為1μs，工作電壓為+5V~+15V，基準電壓為±10V，與微處理器接口完全兼容，具有價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)單、轉換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機應用系統中得到廣泛的應用。其D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。

3 硬件電路設計

3.1系統電源電路

如圖3所示，該電源利用正壓集成穩壓器LM7812和負壓集成穩壓器LM7912提供對稱(chēng)的正/負12V穩壓輸出，供給運放使用，而后再通過(guò)LM7805穩壓成5V輸出，供給單片機使用。

上一頁(yè) 1 2 下一頁(yè)