淺論智能LED照明驅(qū)動系統(tǒng)的設計要點

摘 要：針對現(xiàn)在社會上各種各樣的電浪費現(xiàn)象，文章提出了一種LED仿真模型，它能很好的保護LED，使其降低對LED的傷害，延長其使用壽命。該系統(tǒng)展示了可調(diào)輸出電流的恒流驅(qū)動電路設計，同時測試結(jié)果也表明該系統(tǒng)輸出的電流穩(wěn)定性很好，精準度較高。

關鍵詞：LED；單片機；驅(qū)動系統(tǒng)；智能；恒流驅(qū)動

中圖分類號：TM923.34 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）14-0138-02

近數(shù)年來，LED的使用越來越普遍，其擁有環(huán)保、節(jié)能、光電效率高、使用壽命長、亮度高、安全性、穩(wěn)定等多方面的優(yōu)點。由于其眾多的優(yōu)點，近年來各行各業(yè)的應用得以迅速地發(fā)展起來。從一定程度上也說明了LED驅(qū)動電路成為了產(chǎn)品應用中一大極其關鍵的因素。從理論上來講，LED的使用壽命是10萬個小時以上，但由于種種原因，主要的是在實際應用的過程中，因為驅(qū)動方式的選擇不當以及驅(qū)動電路設計的不周全，致使LED極為容易受到損壞。

1 LED驅(qū)動現(xiàn)狀分析

當前，市場上的很多生產(chǎn)商所生產(chǎn)出來的LED產(chǎn)品，大多采用的都是阻容降壓的方式，同時采用一個外加的穩(wěn)壓電源，實現(xiàn)對LED燈的持續(xù)供電，這樣則能有效的降低LED 的成本，但是這種供電方也存在著一定的弊端，對LED也造成了一定的影響。一方面，這種供電方式的效率驅(qū)動效率很低，耗費了大量的電能用來實現(xiàn)降壓點受阻，甚至其產(chǎn)生的電能消耗可能會超過LED 自身對電能的消耗，而且電流的驅(qū)動也十分有限，當電流較大時則對于降壓電容產(chǎn)生的需求較大，這樣就會造成電能的消耗不斷的增加；另一方面，在電壓的穩(wěn)定方面較差，對于通過LED 的電流無法確保其能夠滿足工作需求，在進行LED的產(chǎn)品設計時，需要通過降低LED 兩端的電壓來實現(xiàn)驅(qū)動，但是這種驅(qū)動必須要降低LED產(chǎn)品的亮度才能夠?qū)崿F(xiàn)。總的來說，使用這種方法來實現(xiàn)LED產(chǎn)品的驅(qū)動，使得LED自身的亮度無法得到有效的保證，流經(jīng)的電源也不夠穩(wěn)定。如果供電源的電壓降低時，則會造成LED的亮度降低，只有在電源電壓穩(wěn)定時，才能夠保證LED的亮度不受影響。

2 LED驅(qū)動設計注意事項

LED照明產(chǎn)品是全球主流的節(jié)能產(chǎn)品之一，它將會成為未來照明發(fā)光產(chǎn)品中的主流趨勢。LED照明產(chǎn)品在使用的過程中，比傳統(tǒng)的照明產(chǎn)品節(jié)電60%-70%。其具有的眾多優(yōu)勢讓人們不得不重視LED的發(fā)展前景。LED之所以能維持如此多的優(yōu)點，其還是要靠LED驅(qū)動來支撐的。

在進行LED驅(qū)動電路的設計時，前提是必須清楚的了解LED電流和電壓的特性，因為在不同的LED 生產(chǎn)廠家中，生產(chǎn)出來的LED產(chǎn)品也具有不同的規(guī)格，因此在電流和電壓方面也存在著一定的差異，以白光LED典型規(guī)格為例，按照LED的電壓、電流的變化規(guī)律，一般應用正向電壓是3.0-3.6 V左右，典型值電壓為3.3 V，電流為20 mA，當LED兩端的正向電壓超過3.6 V后，正向電壓只會有很小的增加，但是LED兩端的正向電流可能會成倍的增加，致使LED發(fā)光體的溫度升高地過快，從而加快了LED亮光的衰弱，一般程度導致LED的使用壽命的縮短，嚴重時甚至會使LED燒壞。所以，面對LED使用過程中的多種損耗，對LED驅(qū)動電路的設計提出嚴格的要求。

3 理想的LED驅(qū)動方式

通過對LED的電壓和電流所產(chǎn)生的不同變化特征進行詳細的觀察和分析，可以發(fā)現(xiàn)，在恒壓方式下對LED進行驅(qū)動存在著一定的可行性。雖然在一般情況下，我們使用的穩(wěn)定電壓電路有著一定的弊端和不足，比如電壓不夠穩(wěn)定或者是穩(wěn)流能力較差等問題，但是必須認識到，穩(wěn)壓電路具有一定的精確設計，通過穩(wěn)壓電路實現(xiàn)LED 的持續(xù)供電也是一種較為穩(wěn)定的途徑。根據(jù)相關的研究發(fā)現(xiàn)，對于LED來說，采用橫流驅(qū)動是一種十分理想的方式，這種方式能夠使LED 的正向電壓發(fā)生改變引起電流變化的問題得到很好的解決，同時也能夠保證LED供電的持續(xù)性和穩(wěn)定性。也可以說，理想的LED 驅(qū)動方式，是保證電壓的恒定和穩(wěn)定，通過串聯(lián)實現(xiàn)多個LED 同時供應。

4 LED模型

LED模型在建立的過程中，會引起電流的變化。當LED的電壓值超過其恒定的規(guī)定值之外，LED的電流流向會發(fā)生變化，而且會隨著正向電壓的增大而不斷的增加，當電壓發(fā)生極小的變化時也容易引起電流的變化。電流對于電壓的變化是十分敏感的，當正電壓的某一個值小于規(guī)定值時，則會使電流發(fā)生變化，LED 的發(fā)光變得極為微弱；而當電壓的某個值大于規(guī)定值時，則會使LED 的光變得更強。

5 驅(qū)動系統(tǒng)設計

LED的驅(qū)動系統(tǒng)對于光源運行系統(tǒng)的整體運行效率有著直接的影響，同時也影響著光源運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性和使用壽命，而本文則主要結(jié)合恒流驅(qū)動電路、單片機恒流控制、開關電源幾種方式來針對驅(qū)動系統(tǒng)的設計進行探討。而在本系統(tǒng)設計中，主要運用單片控制作為核心程序，通過對輸出電流進行不斷的調(diào)整和反饋，實現(xiàn)對LED 亮度的調(diào)整。同時，該系統(tǒng)能夠適用于各種使用LED產(chǎn)品的驅(qū)動系統(tǒng)，能夠使LED產(chǎn)品性能得到有效的改善，同時也使得LED 光源不穩(wěn)定的問題得到有效的解決。

5.1 開關電源

在LED驅(qū)動電路設計中，首先要解決的就是AD/DC的轉(zhuǎn)換問題。本系統(tǒng)采用開關電源，開關電源有多種優(yōu)點，具有多種保護電路。LED的照明體統(tǒng)通常使用的直流供電，在220 V電源下，開關電源所使用的效率較高，而且誒其在輸入范圍以及靈活性等方面都具有較強的特性。在通常情況下，開關電源使用道題功率器作為開關，并且將電源進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N形態(tài)，在轉(zhuǎn)變的過程中能夠自動對電源的穩(wěn)定性進行控制，具有一定的保護功能。在220 V交流電通過時，能夠獲得的一個不穩(wěn)定的直流電壓，而該直流電壓與有功功率所產(chǎn)生的數(shù)值極為相似，能夠有效的提高電源的功率因數(shù)。當直流電壓重復經(jīng)過逆變器時，則能夠生成較為符合要求的秒沖電壓，這時調(diào)整后的直流電壓進行束縛，進行采樣之后，則通過比較電路與基準電壓相互之間的比較，對電壓的誤差產(chǎn)生一定的影響。

5.2 恒流驅(qū)動電路

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

該恒流驅(qū)動電路屬于一種拓撲結(jié)構，其通過電流的串聯(lián)而形成負反饋，其中以LED作為主要的載體，R6作為采樣電阻。在該系統(tǒng)設計中，實現(xiàn)了對電源的有效控制，在進行運算放大器中，輸入相似的電壓信號，則能夠形成可控制的恒流電源，也就是我們所說的基準電壓。同時在相反的昂想輸入連接的采樣電阻R6，通過運算放大器在工作狀態(tài)下的反饋信息，能夠配合MOS管形成一種基準電壓V8，這時功率MOS管與運算放大器形成連接，以此來實現(xiàn)對驅(qū)動電流的增強。如果運算放大器的通斷輸入恒定的電壓值時，則由于其本身存在著反饋功能，能夠保證輸出電壓值的恒定，所以當電流經(jīng)過LED負載時，能夠成為恒定電流。

5.3 單片機橫流控制

為了使LED光的穩(wěn)定性得到不斷的提高，同時獲得較為穩(wěn)定的驅(qū)動電流，使用單片機橫流控制是一種有效的措施。該系統(tǒng)通過對外圍電壓實現(xiàn)一種恒定的控制，以此實現(xiàn)對輸出電流的控制。該系統(tǒng)主要以單片機作為其核心的組成部分，同時結(jié)合數(shù)字顯示技術以及按鈕輸入技術，通過對閉環(huán)反饋與輸入電壓的比較，來不斷的對電壓進行調(diào)整，然后通過D/A實現(xiàn)模擬電壓的輸出，成為一種輸入電壓。該單片機的系統(tǒng)過程，主要有硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)兩個主要部分：

①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，通過對模擬電壓的輸入，經(jīng)過系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，當其輸出時則是以8位二進制的數(shù)據(jù)來表示，并且通過系統(tǒng)將其進行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換為3位十進制熟，在數(shù)碼管上進行顯示，同時利用當前的輸出值與基準值進行比較，然后再由軟件系統(tǒng)對其進行不斷的調(diào)整，使其輸出的數(shù)據(jù)能夠滿足LED對恒定電壓的需求。

②軟件系統(tǒng)。在軟件系統(tǒng)中主要有初始化管理模塊、按鍵管理模塊、數(shù)據(jù)處理模塊和顯示模塊，所有模塊都用單片機匯編語言編寫。在系統(tǒng)運行過程中，通過對設定鍵和校準健的有效設置，使系統(tǒng)能夠順利的執(zhí)行相應的系統(tǒng)要求，當按下啟動鍵之后，則需要根據(jù)相關的指令進行D/A 的轉(zhuǎn)換，并且將得到的數(shù)值進行有效的計算和比較，再形成反饋信息，進而得到較為精確的電流值。

6 驅(qū)動系統(tǒng)測試

本系統(tǒng)進行了負載變化測試，選取了1 W、3 W、10 W 的LED，按順序地加上9 V、、12 V、15 V電壓，通過已經(jīng)設定的所選功率的LED對應的輸出電流值。

7 結(jié) 語

該系統(tǒng)在硬件部分以單片機為主，在驅(qū)動系統(tǒng)方面以恒流驅(qū)動為主體，其實現(xiàn)了LED 亮度控制和調(diào)節(jié)，也滿足了對LED產(chǎn)品照明提供持續(xù)電壓的要求，同時實現(xiàn)了對LED電流的有效控制，能夠為當前大多的LED燈具照明提供較為恒定的發(fā)光需求，通過本文對單片機驅(qū)動系統(tǒng)的詳細分析，說明了單片機驅(qū)動系統(tǒng)的設計是十分有效和安全的。

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