智能照明系統LED驅動電路設計

　　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。按固體發光物理學原理，LED發光效率能接近100 % ，具有工作電壓低、耗電量小、響應時間短、發光效率高、抗沖擊、使用壽命長、光色純、性能穩定可靠及成本低等優點。隨著LED 價格的不斷降低，發光亮度的不斷提高，半導體光源在照明領域中展現了廣泛的應用前景。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境溫度變化而改變，環境達到一定溫度，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驅動系統。本文介紹了一種智能LED 驅動系統的設計方法。

　　恒流驅動電路

　　恒流源在一定的電壓和溫度變化下，產生電流變化接近于零，具有恒定電流值和很高的動態輸出電阻。一般，恒流驅動電路用電子管、晶體管、恒流器件、集成電路、集成穩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定度和電流輸出準確度，而且恒流驅動電路輸出電流設計為可調輸出。為了保證輸出電流的精度，本設計采用單片機系統D /A 轉換輸出電壓，調節恒流源輸出電流，原理圖如圖所示。

　　此恒流驅動電路屬于電流串聯負反饋的拓撲結構，其中LED 為負載，R6 為采樣電阻。在本設計中，為了實現可調恒流源控制，在運算放大器的同相輸入端引入由單片機系統D /A 輸出的可調電壓信號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，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。由于反饋環節中使用了運算放大器，反饋環路的環路增益加大，反饋深度加大，恒流驅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， 運放失調與VS對輸出電流有同樣的影響， 因而輸出電流的穩定性，取決于受控電壓VS的穩定性及運放的失調漂移，選擇高穩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定性的重要途徑。電路中采用的集成運算放大器LM358，LM358 內部包括有兩個獨立的、高增益的、內部頻率補償的運算放大器，具有高增益、失調電壓影響小的優點。

　　單片機恒流控制

　　為了得到穩定的驅動電流，提高LED 的光穩定性。本系統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。本系統控制部分由單片機系統為核心，結合按鈕輸入和LED 數字顯示，由A /D 采樣電壓通過閉環反饋與輸入電壓相比較，進行相應調整，最后由D /A 轉換輸出的模擬電壓，作為恒流源的基準輸入電壓。

　　單片機硬件系統

　　單片機系統主要有AT89C51、ADC0809、DAC0800、數碼管、按鈕等部分組成，單片機系統原理圖如圖5 所示。

　　采樣模擬電壓輸入到ADC0809 的輸入端，經過ADC0809 轉換，輸出8 位二進制數到單片機端口，單片機將得到的8 位二進制數，轉換成3 位十進制數，顯示在數碼管上，同時將當前值與基準值相比較，由軟件系統做出相應的調整控制。單片機系統軟件運算輸出一個8 位二進制數值，經由DAC0800實現D /A 轉換，輸出到DA1 端口，DA1 端口電壓輸入到恒流驅動電路，調整基準電壓VS，實現恒流驅動電路輸出電流設計為可調輸出。

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