大功率LED智能化照明控制系统设计(1)论文

罗静华(西安电子科技大学 电子工程学院，西安 7100

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1)引 言随着LED技术的不断发展，推动了白光LED的问世，照明产业开始了绿色照明时代。由于LED能耗少、热辐射低、发光效率高，是一种节能、环保、经济、安全的新型照明器件，因此，加快技术研究并提高其发光效率成为当今首要问题。

大功率LED要成为照明业的主体，其中安全、高效的驱动研究是推广应用大功率LED的关键。1 大功率LED工作特性LED是一种新型半导体固态冷光源，它是一种能够将电能转化为可见光的光电器件。

一般来说，大功率LED的功率至少在1 W以上，目前比较常见的有1 W、3 W、5 W、8 W和10 W；被称为“绿色光源”的LED，正朝着大电流(300 mA～1.4 A)、高效率(60～120 lm／W)、亮度可调的方向发展。

(1)伏安特性大功率LED是低电压、大电流的驱动器件，当LED电压变化很小时，电流变化很大。当正向电压超过某个阈值，即通常所说的导通电压之后，可近似认为，IF与VF成正比，如图1所示。

(2)光特性根据LED的发光原理，LED的发光亮度基本随LED的电流正向变化。控制大功率LED的发光亮度，实质是控制它的输出光通量。

(3)温 度LED正向电流的大小也是随温度变化而变化的。环境温度一旦超过某一值，白光LED的容许正向电流会大幅度降低。

在此情况下，如果仍旧施加大电流，很容易造成白光LED老化。图2是LED的温度与正向电流关系曲线。

2系统方案设计光源系统的稳定性与驱动电源有很大的关系，瞬态的电流或电压尖峰等许多因素都很容易对其造成损坏。驱动电源的性能直接影响整个光源系统的工作寿命、稳定性等性能。

大功率LED所需的驱动电源为直流的低电压．所以传统上用以驱动灯泡(钨丝)、口光灯、节能灯、钠灯等光源的电源并不适合直接驱动大功率LED。根据以上大功率LED特性，VF的微小变化会引起较大的IF变化；电流过强会引起LED光的衰减，电流过弱会影响LED的发光强度；温度升高时LED的势垒电势降低，电流会越来越大。

因此采用恒压源驱动不能保证LED亮度的一致性．并且影响LED的可靠性、寿命和光衰，故超高亮LED通常适宜采用恒流源驱动。另外，要提高发光的效率，设计具有完善、可靠的保护功能的LED驱动系统，具备自动控制与检测的智能型LED驱动成为技术发展的必要途径。

本文采用硬件电路设计和软件程序设计相结合的方法，以单片机为核心，通过负反馈调整输出电流以达到稳定的目的，从而完成亮度可调的适合于多种大功率LED的智能驱动系统，使系统的性能得到很大的改善和提高，有效地解决了光源输出稳定性和可靠性的问题。系统原理框图如图3所示。

2.1可控恒流源图4是系统中用到的恒流源电路。该电路属于电流串联负反馈的拓扑结构，由集成运放和MOS管构成。

为了实现可调恒流源控制，在运算放大器的同相输入端引入由D／A输出的可调电压信号Vin，使其成为受控恒流源。在反向输人端连接采样电阻R。

恒流源的输出电流直接取决于D／A的输出电压和采样电阻R1的比值，用公式表示为：Is=Vin／R。集成运放LM358内部包括2个独立的、高增