基于PSoC大功率LED恒流源驅動器的設計

苗 濤 姚海瑞 李 俊

(南京工業大學自動化與電氣工程學院，江蘇 南京 211816)

0 引言

隨著照明事業的不斷發展，LED因其優越的節能環保特性而成為照明業的發展潮流。但當LED導通時，只要LED上的電壓發生微小變化，就會引起電流很大變化，甚至可能導致LED發熱損壞。如采用恒流源驅動，LED上流過的電流將不受電壓變化以及LED參數離散性的影響，從而能保持電流恒定，充分發揮LED的各種優良特性。因此，恒流源驅動是最佳的LED驅動方式。

目前廣泛采用的恒流源有兩種形式:一種是開關電源式恒流源，另一種是線性電源改進型恒流源。這兩種形式都比較復雜，適用范圍小。本文擬研究一種低成本新型恒流源驅動器件，其可在輸入電壓變化較大的范圍內工作，而且輸出恒流可調，精度高。該器件也可在多種需要恒流源的場合下使用。因此，該課題的研究具有一定的實用性及經濟性［1－2］。

1 基于PSoC控制方案的設計

LED驅動恒流源一般采用三極管和儲能元件反饋實現恒流或者采用穩壓器輸出恒定電壓，通過電阻調節電路實現恒流。該方案利用功率MOSFET的恒流特性，再加上電流反饋電路，使得該電路的精度很高［1－3］，并可以結合片上可編程系統 (programmable system-on-chip，PSoC)構成數控電流源。

為了防止恒流源電路中的較大電流對控制部分產生干擾，將輔助電源和主回路電源分成獨立的兩部分，輸入電壓經變壓器降壓后分別供給主回路整流器和輔助電源整流器。整流濾波電路采用橋式整流、低通濾波，再經過三端穩壓器穩壓后輸出作為輔助電源，基準電壓是由輔助電源產生［4－5］。

系統工作原理如圖1所示。

圖1 系統工作原理圖Fig.1 Principle of the system

圖1中，輸入電壓經過整流濾波作為主回路電壓，輸出電流通過采樣電阻轉換成電壓信號送到PSoC，通過設定值比較運算后產生PWM控制波，最后由調整電路實現電流設定。

系統整體結構如圖2所示。圖2中，首先預置所需電流值，微處理器通過比較運算預置電流值和基準電壓后輸出相應信號，控制主電路調整電路，從而實現電流調節。實際輸出的電流再通過采樣電阻采樣變成電壓信號反饋到PSoC中。PSoC將反饋信號與預置值比較，調整輸出控制信號。這樣就形成了負反饋調節，以提高輸出電流的精度。采樣電流信號送到PSoC中，通過顯示電路實現電流值顯示。

圖2 系統整體結構圖Fig.2 Overall structure of the system

處理器采用Cypress CY8C24794微控制器。PSoC設計先完成芯片內部資源規劃，其具體流程為:確定系統需求、選擇用戶模塊、放置用戶模塊、設置全局變量和用戶模塊參數、定義輸出引腳、產生應用代碼、編輯應用代碼［6－8］。

2 軟件系統設計

軟件系統的任務主要有A/D轉換、D/A轉換和調整處理等。主系統加電后，首先完成系統初始化，打開中斷;無線信號掃描程序。獲取預置電流值后，根據預置值完成設定電流值，并通過LCD顯示輸出電流值及系統工作是否正常［4］。主程序流程如圖3所示。

圖3 主程序流程圖Fig.3 Flowchart of the main program

當系統運行異常而導致輸出電流過大時，若無保護功能，將造成嚴重后果。因此，在硬件方面，選取帶有過流、短路保護功能的集成線性穩壓電路;在軟件方面，當預置電流或采樣電流值超過限定值時，控制系統輸出的控制信號為0，則主電路輸出的電流也相應為0，同時LCD顯示“工作不正常”。這樣系統得到雙重保護，能確保其工作安全可靠［2］。

3 在智能照明中的應用

PSoC采用發射芯片CYRF7936，采用賽普拉斯寬帶(cyprees fidelity，CyFi)方案。2.4 GHz頻段非常擁擠，且干擾和噪聲強。該解決方案采用了直接序列展頻(direct sequence spread spectrum，DSSS)將數據編碼成更長串的比特流或片碼經過調變載至射頻信號后傳送出去;接收端將收到的信號解調之后，再用直接序列展頻編碼相反的程序將數據解出。同時，方案還具有多通道、低功耗等特點［9］。

在CyFi方案中，PSoC采用發射芯片CYRF7936實現物聯，以集中實時地控制眾多大功率LED，方便管理和故障診斷。這種方法可以運用于樓宇、路燈、特殊燈光效果等環境中，實現智能照明控制［10］。

4 結束語

本系統以具有豐富片上資源的賽普拉斯PSoC作為控制核心，減少了外部電路設計，節約設計時間和板上面積，降低了功耗，易于調試，使得輸出電流大小更精確，而且減少了成本和干擾影響。其可在輸入電壓變化較大的范圍內工作，而且輸出恒流可調，精度高。PSoC采用發射芯片CYRF7936和CyFi方案，可以實現眾多大功率LED的集中實時控制，方便管理和故障診斷。

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