LED路燈驅(qū)動(dòng)及智能調(diào)光系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2 基于HV9931 的LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路

驅(qū)動(dòng)電路如圖2 所示，為開(kāi)關(guān)電源驅(qū)動(dòng)方式。

主電路是一個(gè)單級(jí)單開(kāi)關(guān)的非隔離恒流輸出的Buck-Boost-Buck 電路。由L1、C1、D1、D5 和Q1組成的Buck-Boost 電路是輸入級(jí)，工作于不連續(xù)導(dǎo)電模式; 由C1、Q1、D2、D4 及L2 組成的Buck 電路是輸出級(jí)，工作在連續(xù)導(dǎo)電模式下。兩級(jí)共用一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管Q1, 電容C1 對(duì)輸入級(jí)相當(dāng)于負(fù)載，對(duì)輸出級(jí)相當(dāng)于直流電源。系統(tǒng)降壓比為兩級(jí)降壓比之乘積，這樣由市電供電不需要變壓器就能實(shí)現(xiàn)較低的電壓輸出。開(kāi)關(guān)Q1 導(dǎo)通時(shí)， 輸入級(jí)Buck-Boos 電流路徑： 整流電壓→D1→L1→Q1→Rs1,L1中電流線(xiàn)性增加， 輸出級(jí)Buck 電路電流路徑為：

C1→Q1→Rs2→LED→L2,C1 提供能量; Q1 關(guān)斷時(shí)，輸入級(jí)電流路徑： L1→C1→D5→D1,L1 中的能量轉(zhuǎn)到C1 中，由于D1 存在，L1 電流不能反向，L1 電流降為0 后電流斷續(xù); 輸出級(jí)電流路徑： L2→D4→LED,由于參數(shù)設(shè)置不同，L2 中電流不僅不會(huì)變?yōu)?,而且波動(dòng)相對(duì)比較小。

電路工作于峰值電流模式下， 振蕩器使GATE輸出高電平， 使Q1 通導(dǎo)通; CS1 和CS2 端子分別是HV9931 內(nèi)部的兩個(gè)電壓比較器的反向輸入端，兩個(gè)比較器的同向輸入端在芯片內(nèi)部接地，電路通過(guò)CS1 和CS2 端子同時(shí)檢測(cè)輸入電流和輸出電流，CS1 是輸入電流信號(hào)檢測(cè)端子，CS2 輸出電流信號(hào)檢測(cè)端子，這兩個(gè)端子只要有一個(gè)端子上的電壓比地低，GATE 端子就輸出低電平，Q1 就關(guān)斷。VDD是芯片的基準(zhǔn)電壓輸出引腳，Rs1、Rcs1 和Rref1 可編程設(shè)定L1 中的最大峰值電流， Rs2、Rcs2 和Rref2 可編程設(shè)定輸出電流。在交流電的周期內(nèi)可認(rèn)為占空比和開(kāi)關(guān)頻不變，故輸入電流峰值包絡(luò)線(xiàn)為正弦波，平均電流為正弦波，可實(shí)瑞功率因數(shù)校正。

C2 為輸入電容，用作高頻旁路，若用大電容則電路喪失功率因數(shù)校正功能。RT 對(duì)應(yīng)著內(nèi)部振蕩器，有兩種接法，分別設(shè)定恒定工作頻和恒定的關(guān)斷時(shí)間，圖中采用的是恒定的關(guān)斷時(shí)間的接法。PWMD 引腳為數(shù)字調(diào)光信號(hào)輸入引腳，該引腳為高電平時(shí)電路正常工作，該引腳為低電平時(shí)GATE 引腳始終輸出低電平，開(kāi)關(guān)管Q1 斷，驅(qū)動(dòng)電路不工作。

4 智能調(diào)光裝置

設(shè)計(jì)的系統(tǒng)若能根據(jù)環(huán)境光照的強(qiáng)弱來(lái)改變自身亮度，則會(huì)相應(yīng)的節(jié)能，符合當(dāng)前低碳生活的要求。環(huán)境光線(xiàn)最差時(shí)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)調(diào)光信的PWM 占空比接近100% ( 為不致使溫度上升過(guò)高，留一定裕量) 時(shí)使LED 最亮滿(mǎn)足照度要求; 當(dāng)環(huán)境光照變化時(shí)會(huì)根據(jù)外部光照的強(qiáng)弱自動(dòng)改變調(diào)光信號(hào)的PWM 的占空比，使LED 相應(yīng)的暗一些，但照度滿(mǎn)足要求; 另外，在深夜人比較少時(shí)可適當(dāng)降低亮度。

實(shí)現(xiàn)這一要求要有一個(gè)好的光強(qiáng)度傳感器。光敏電阻線(xiàn)性度差，頻率響應(yīng)低，光敏三極管靈敏度高，但溫度特性和線(xiàn)性度差系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用TLS2561作為光電強(qiáng)度傳感器。TLS2561 接近人眼對(duì)亮度的反應(yīng)，能直接將光強(qiáng)度信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)輸出，有可編程中斷功能和標(biāo)準(zhǔn)的I2C 接口，能方便地與單片機(jī)相連。單片機(jī)選用微芯公司的PIC16C62.這種單片機(jī)性能穩(wěn)定，帶有PWM 輸出，能方便地實(shí)現(xiàn)I2C 總線(xiàn)通信。光強(qiáng)度傳感器TLS2561 將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)傳送至單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理產(chǎn)生調(diào)光的PWM信號(hào)，調(diào)光PWM 信號(hào)送至HV9931 的PWMD 端，以實(shí)現(xiàn)PWM 調(diào)光。調(diào)光部分如圖3 所示。

圖3 調(diào)光系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)還設(shè)計(jì)還考慮到的溫度的影響。LED 在相同電流下， 隨著PN 結(jié)溫度的升高光通量將降低，同時(shí)還會(huì)影響LED 使用壽命。所以系統(tǒng)中還加入的溫度傳感器， 溫度信號(hào)同樣送至PIC16C62 處理，也會(huì)影響到其輸出的PWM 調(diào)光信號(hào)的占空比。這個(gè)不是本設(shè)計(jì)的主要問(wèn)題，不詳細(xì)敘述。

5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)設(shè)計(jì)功率為72W,采用72 個(gè)1W 的高亮度LED 燈每24 個(gè)串聯(lián)后再并聯(lián)而成。輸出最大光強(qiáng)時(shí)設(shè)計(jì)PWM 調(diào)光信號(hào)占空比為90% ,此時(shí)測(cè)得LED中總電流平均值為932mA; LED 驅(qū)動(dòng)電路工作時(shí)開(kāi)關(guān)管工作頻率為100kHz,驅(qū)動(dòng)電路效率為75% ,輸入電流THD 小于20% ,功率因數(shù)大于0. 9,光電轉(zhuǎn)換效率約95lm /W; 調(diào)光用PWM 信號(hào)頻率為120Hz,比不用智能調(diào)光電路時(shí)約節(jié)能9%.圖4 給出了調(diào)光PWM 占空比為50% 時(shí)LED 中的電流波形。

圖4 調(diào)光PWM 占空比為50% 時(shí)LED 中的電流波形

6 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的LED 路燈驅(qū)動(dòng)電路采用市電供電且不用電源變壓器，驅(qū)動(dòng)電路體積大為減少。驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)恒流驅(qū)動(dòng)的同時(shí)帶有PFC 功能，符合當(dāng)前綠色環(huán)保的要求，而且驅(qū)動(dòng)電路轉(zhuǎn)換效率高，電路較新穎; 智能調(diào)光電路采用PWM 調(diào)光方式，LED 發(fā)出較純的白光，不產(chǎn)生色偏。智能調(diào)光電路節(jié)能效果較為顯著。設(shè)計(jì)的實(shí)際電路有較好的前景與市場(chǎng)，不足之處在于成本略高，但隨LED 制造工藝的不斷改進(jìn)和驅(qū)動(dòng)調(diào)光電路研究的不斷深入相信這個(gè)問(wèn)題會(huì)得到很好的解決。