一款新型LED照明驅動的設計

摘要：本文介紹的是從LED自身的光電特性、溫度特性及IC芯片本身的驅動特性出發(fā)，利用MAXl6801/16802的特點，實現(xiàn)對LED的恒流驅動，過壓保護的溫度光強反饋。

1 設計理念及方案

作為一種出現(xiàn)時間最晚的照明技術，LED的優(yōu)點絲毫不亞于前輩們。他的優(yōu)點不僅體現(xiàn)在發(fā)光質量方面，在生產、制造、易用性方面都展現(xiàn)著自身的魅力。

設計大功率半導體驅動，首先要從發(fā)光芯片選擇及光源實現(xiàn);驅動電路設計，二次光學設計;設備封裝三個方面考慮。

在LED照明中，有單色LED激發(fā)熒光粉發(fā)光的成功設計案例，但考慮到這種方案出光難以實現(xiàn)全光譜、高顯色，在本次設計中采用RGB三基色混光光源，及對紅綠藍三種單色LED芯片單獨驅動，分別發(fā)光實現(xiàn)光源的完成。為了滿足大功率輸出下的照度穩(wěn)定，要實現(xiàn)對LED溫度衰減的補償，同時也要對啟動時的浪涌脈沖和電流的不穩(wěn)定波動做出補償。在二次光學設計時主要考慮三基色混光，在積分球混光和光纖耦合的對比中選擇光纖耦合，將三色芯片的出光通過光纖耦合混光后輸出。

2 LED特性-光學和電氣

對于theUltra亮度LED的特點時，正向電壓超過某一閾值(大約為2V)，已知的電壓開關，可以接觸只有和VF是proportionnelle.Ultra中頻明亮LED的最大1A電流upto，而室顫通常2?4V.Comme發(fā)光二極管的光學性質，一般認為對目前的功能介紹，喜歡?是否有電壓的函數(shù)，恒流源驅動可以更好地控制?升的luminosité.En此外，LED正向壓降更大的范圍(可達到四以上)，心室顫動小改變可以導致在中頻重大變化，導致ofImportant變化luminosité.Par因此，使用一個恒定電壓的LED光源驅動程序可以不能保證一致性和可靠性影響LED的壽命和lumière.Par因此，超高亮LED通常是由電流驅動源constant.LED是成反比的流量和溫度，85℃25℃時的流量是一半時間，但是當25℃-40℃，光輸出為1.8 fois.Température LED的長度ofwavelength有一定的作用，因此，一個良好的散熱，保證LED亮度不變。

3 混光方案

三基色加性混光是指光的三原色混合可以得到白色光源和灰度光。對于LED，根據(jù)國際照明委員會CIE發(fā)布的色度圖知道，光的色彩與三基色R、G、B的比例有關，并且有r(λ)+g(λ)+b(λ)=1。LED取RGB合成白光這種辦法的主要問題是綠光的轉換效率低，現(xiàn)在紅綠藍LED轉換效率分別達到30%、10%和25%，由于合成白光所要求的色溫和顯色指數(shù)不同，對合成白光的各色LED流明效率也有不同。當對三個發(fā)光芯片提供不同比例的脈寬電流時，可以輸出不同灰度的照明光源，如果對于混光比例實現(xiàn)多級的灰度計算，即可接近全彩色調光。為了提高混光效率，常用的方案有積分球混光、混光棒混光。為了減小器件封裝體積，本方案運用光纖耦合混光，即使三芯片發(fā)出的光經過凸透鏡注入位于焦點處的光纖，并在光纖中進行混光，混光通過光纖出送至凹透鏡輸出。

4 驅動電路設計

整個電路分三部分：a.開關電源，實現(xiàn)市電向低壓恒流LED適應電流的轉換;b.PWM調制電路，實現(xiàn)對LED出光效率的控制;c.控制電路，實現(xiàn)對開關電源和PWM的連接和控制，實現(xiàn)混光后對出光灰度的控制。

4.1 基于MAXl6801/16802的AC/DC開關電源

高亮度(HB)LED驅動器控制集成芯片MAXl680l/16802基本滿足了實際LED驅動器關鍵電路的要求，可用于高亮度照明和顯示應用，可進行85～265V的AC整流電壓輸入，需要精度調節(jié)LED電流時，可利用片上的誤差放大器以及精度為1%的基準。通過片內PWM亮度調節(jié)也可以實現(xiàn)較寬的亮度調節(jié)范圍。

MAXl6801/16802內部功能如圖1所示。

單個LED芯片的驅動電路如圖2所示。

對于電路各個端口之間功能的描述：

UVLO/EN：外部可編程欠電壓鎖定。UVLO設置輸入啟動電壓。將UVLO連接至GND可禁止器件工作。DIM/FB：低頻PWM亮度調節(jié)輸入/誤差放大反向輸入端。COMP：誤差放大器輸出。在高亮度LED電流調節(jié)應用中，將補償元件連接在DIM/FB和COMP之間。

CS：電流感應信號連接端，用于電流調節(jié)。戒指檢流電阻高端?？梢运C濾波器除去前沿上的毛刺。GND：功率地。NDRV：外部N溝道MO-SET柵極連接端。Vcc：柵極驅動電源。內部由IN降壓得到。Vcc與GND之間接一只10nF以上的去耦電容器。IN：IC電源。IN與GND之間接一只10nFt以上的去耦電容器。自舉工作模式下MAXl6801，可以在輸入電源和IN之間接一個啟動電阻。偏置繞組電源連接至該點。對于MAXl6802，IN直接接+10.8～+24V電源。

4.2 單一LED芯片的PWM控制電路

由于紅綠藍三種LED的電光轉換效率不一致，并且在混光時對于紅綠藍三基色的配比不同，故要對三色芯片單獨調制。調制芯片選NCP-1200，該芯片是安森美半導體公司(ON Semiconductor)推出的一款電流型PWM控制器。其應用電路只需要使用很少的外圍元件，使設計更加緊湊。另外，芯片內集成輸出短路的保護電路，使成本可進一步降低。模塊中有兩種反饋類型：第一種是輸出電壓反饋，輸出電壓采樣值VSS和單片機提供的設定值進行比較，通過光耦來控制NCPl200芯片陽腳的電壓，調整DRV腳輸出PWM的脈寬來控制場效應管的導通和關斷時間，從而達到調整輸出電壓值的目的。另一路反饋是電流限流反饋，當采樣到的輸出電流值ISS超過單片機提供的最大限流值IPWM后，比較器輸出正電壓使得光耦最大導通，將FB腳電壓拉低，使得NCPl200輸出PWM脈寬減小，從而達到限流的目的。當輸出電流小于單片機提供的限流

值時，限流反饋不起作用。

單色控制電路框圖如圖3所示。

4.3 實時控制三基色電路

在對NCPl200的控制中，使用ATmega8515單片機。ATmega8515的輸入端為用戶設置和溫度反饋及光強反饋，輸出端是對NCPl200中PWM調制脈寬的控制信息。

在ATmega8515的I/O口可通過鍵盤、撥號開關實現(xiàn)多控制信號設置。也可以依照計算好的三色混光比例與三芯片PWM表將全彩色的各種脈寬配比編程輸入單片實現(xiàn)快速變色。

4.4 總體框架

為了保證LED由于發(fā)熱引起的光強衰減得到補償，在輸出端加上了溫度反饋及光強反饋，用于修正發(fā)熱引起的光衰減?？傮w結構如圖4所示。

5 結束語

為了實現(xiàn)大功率全彩色的LED照明，設計了以MAXl6801/16802為核心的開光電源供電，通過PWM調節(jié)分別對紅綠藍三基色芯片供電的RG-BLED照明驅動設計方案。此設計考慮了LEDI芯片在工作中隨溫度上升而產生發(fā)光衰減、輸出波長漂移、流明衰減等實際問題，并作出相應的補償。實現(xiàn)了一定程度上的灰度調節(jié)。在以ATmega8515單片機為核心的控制系統(tǒng)下，利用溫度傳感器和光電傳感器作為反饋信息源，實現(xiàn)了自適應控制。實驗證明此驅動電路運行良好，可實現(xiàn)一定程度上的多色照明，運用于戶外照明和景觀照明。

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