智能照明系統(tǒng)LED驅(qū)動電路設計

　　近年來，半導體光源正以新型固體光源的角色逐步進入照明領域。按固體發(fā)光物理學原理，LED發(fā)光效率能接近100 % ，具有工作電壓低、耗電量小、響應時間短、發(fā)光效率高、抗沖擊、使用壽命長、光色純、性能穩(wěn)定可靠及成本低等優(yōu)點。隨著LED 價格的不斷降低，發(fā)光亮度的不斷提高，半導體光源在照明領域中展現(xiàn)了廣泛的應用前景。LED的伏安特性與普通二極管的伏安特性相同，正向電壓的較小波動就會導致正向電流的急劇變化。LED正向電流的大小會隨環(huán)境溫度變化而改變，環(huán)境達到一定溫度，LED 容許正向電流會急劇降低; 在此情況下， 如果仍舊通過大電流， 容易造成LED 老化，縮短使用壽命，因此LED 在應用過程中需要一個有恒溫、恒流控制的，具有可靠保護功能的LED驅(qū)動系統(tǒng)。本文介紹了一種智能LED 驅(qū)動系統(tǒng)的設計方法。

　　恒流驅(qū)動電路

　　恒流源在一定的電壓和溫度變化下，產(chǎn)生電流變化接近于零，具有恒定電流值和很高的動態(tài)輸出電阻。一般，恒流驅(qū)動電路用電子管、晶體管、恒流器件、集成電路、集成穩(wěn)壓器和其他元器件組成。為了適合LED 燈具的應用，恒流源不僅要有較高穩(wěn)定度和電流輸出準確度，而且恒流驅(qū)動電路輸出電流設計為可調(diào)輸出。為了保證輸出電流的精度，本設計采用單片機系統(tǒng)D /A 轉(zhuǎn)換輸出電壓，調(diào)節(jié)恒流源輸出電流，原理圖如圖所示。

　　此恒流驅(qū)動電路屬于電流串聯(lián)負反饋的拓撲結(jié)構(gòu)，其中LED 為負載，R6 為采樣電阻。在本設計中，為了實現(xiàn)可調(diào)恒流源控制，在運算放大器的同相輸入端引入由單片機系統(tǒng)D /A 輸出的可調(diào)電壓信號Vs，使其成為受控恒流源，也就是基準電壓。在反向輸入端連接采樣電阻R6。運算放大器工作在深度負反饋狀態(tài)，它配合功率MOS 管通過反饋跟隨輸入基準電壓Vs，功率MOS 管與運算放大器的基極相連，用來增加驅(qū)動電流。當運算放大器的同相端輸入電壓恒定時，由于負反饋的存在，保證了輸出電壓的恒定，從而使流經(jīng)LED 負載的電流為恒定電流。恒流源的輸出電流直接取決于D /A 的輸出電壓和采樣電阻R6 的比值。由于反饋環(huán)節(jié)中使用了運算放大器，反饋環(huán)路的環(huán)路增益加大，反饋深度加大，恒流驅(qū)動電路的輸出阻抗很大，滿足使用要求。

　　輸出電流與輸入控制電壓VS直接關系， 運放失調(diào)與VS對輸出電流有同樣的影響， 因而輸出電流的穩(wěn)定性，取決于受控電壓VS的穩(wěn)定性及運放的失調(diào)漂移，選擇高穩(wěn)定度的基準電壓源作為控制電壓，并選用低漂移運算放大器，是提高本電路輸出電流穩(wěn)定性的重要途徑。電路中采用的集成運算放大器LM358，LM358內(nèi)部包括有兩個獨立的、高增益的、內(nèi)部頻率補償?shù)倪\算放大器，具有高增益、失調(diào)電壓影響小的優(yōu)點。

　　單片機恒流控制

　　為了得到穩(wěn)定的驅(qū)動電流，提高LED 的光穩(wěn)定性。本系統(tǒng)通過改變恒流源的外圍電壓，利用電壓的變化，來控制輸出電流的大小。本系統(tǒng)控制部分由單片機系統(tǒng)為核心，結(jié)合按鈕輸入和LED 數(shù)字顯示，由A /D 采樣電壓通過閉環(huán)反饋與輸入電壓相比較，進行相應調(diào)整，最后由D /A 轉(zhuǎn)換輸出的模擬電壓，作為恒流源的基準輸入電壓。

　　單片機硬件系統(tǒng)

　　單片機系統(tǒng)主要有AT89C51、ADC0809、DAC0800、數(shù)碼管、按鈕等部分組成，單片機系統(tǒng)原理圖如圖5 所示。

　　采樣模擬電壓輸入到ADC0809 的輸入端，經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換，輸出8 位二進制數(shù)到單片機端口，單片機將得到的8 位二進制數(shù)，轉(zhuǎn)換成3 位十進制數(shù)，顯示在數(shù)碼管上，同時將當前值與基準值相比較，由軟件系統(tǒng)做出相應的調(diào)整控制。單片機系統(tǒng)軟件運算輸出一個8 位二進制數(shù)值，經(jīng)由DAC0800實現(xiàn)D /A 轉(zhuǎn)換，輸出到DA1 端口，DA1 端口電壓輸入到恒流驅(qū)動電路，調(diào)整基準電壓VS，實現(xiàn)恒流驅(qū)動電路輸出電流設計為可調(diào)輸出。