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LED可控恒流源驱动系统设计方案

来源:    作者:     发布时间:2015-05-10 19:26:01     点击数:

LED作为第三代照明光源,具有工作电压低,耗电量小,发光效率高、寿命长等优点。LED是一个非线性器件,当LED导通时,只要LED上的电压发生微小变化,就会使电流过大导致LED器件发热损坏。LED的工作特性对其供电电源质量的依赖程度很大,因此实现一个高质量的供电电源对提高LED电感生产厂家的照明电感厂家质量、电能利用率、延长LED的使用寿命有着重要的意义。供电电源的稳定性主要取决于LED驱动电路设计,恒流源驱动是最佳的LED驱动方式,采用恒流源驱动,LED上流过的电流将不受电压、环境温度变化,以及LED参数离散性的影响,从而能保持电流恒定,充分发挥LED的各种优良特性。目前广泛采用的恒流源有两种形式:一种是线性电源改进型恒流源,另一种是开关电源式恒流源。线性电源改进型恒流源的线性损耗大,适用范围小;开关电源式恒流源的可靠性较差,适应范电感器生产厂家围小,而且成本高。因此,经济实用、大功率电感贴片电感器性能可靠的数控恒流源就得到了广泛的应用。本文针对小功率LED在现有照明系统中驱动方式存在的一些不足,设计了一种高效的驱动系统,提出了一种相应的新型驱动系统。

1 LED特性

1.1LED伏安特性

LED伏安特性的数学模型可以表示为:

式中,V是LED启动电压;RS表示伏安曲线斜率;IF表示LED正向电流;T表示环境温度;△VF/△T是LED正向电压的温度系数,对于大多数LED而言,它的典型值为-2V/℃。从LED的数学模型看,在一定的环境温度条件下LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED电流的很大变化。

1.2LED温度特性

LED正向电流的升压电感大小是随温度变化而变化的,白光LED的工作电流一般在200mA左右,当环境温度一旦超过50℃,白光LED的容许正向电流会幅度降低而达不到正常发光亮度所需的工作电流,在此情况下如果仍旧施加大电流,很容易使白光LED老化。

1.3LED光学特性

光源的光通量是指单位时间内通过4π立体角的可见光能量。白光LED电流与光通量的关系如图1所示,随着电流的增加,LED的光通量非线性增加,并逐渐趋于饱和。其原因主要是因为随着电流及时间的增大,大功率LED内部温度上升,发生在P/N结结区的载流子复合几率下降,造成LED发光效率降低。


图1LED光通量与电流关系图

2 系统方案选择与比较

2.1系统结构框图

系统结构框图如图2所示。


图2LED可控恒流源驱动系统结构框图

2.2核心控制器的选择

控制器采用目前比较通用的STC系列单片机STC89C52,一种带8K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的高性能8位微处理器。该器件采用高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,STC的STC89C52是一种高效微控制器,为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

2.3时钟功能模块的选择

方案1采用DS1302时钟芯片。此芯片体积小、引脚少,操作起来非常方便。缺点是使用时需要外接备份电池和外部晶振,硬件线路较复杂,成本较高。

方案2采用DS12C887时钟芯片。此芯片,体积相对较大,内部集成有可充电锂电池,同时还集成32.768kHz的标准晶振,可有效地保持时间的连续性,使用起来非常方便,但价格昂贵。

方案3利用单片机(晶振11.0592M)的定时器设计时钟。时间显示在1602液晶上,用独立键盘调节时钟的时、分、秒,并且可以设置定时。成本低,不需要在启用其他的芯片和外围电路,但程序较为复杂。

考虑到性价比的问题和电路优化问题,所以选用方案3。

2.4恒流源模块选择

方案1采用单片机产生PWM信号,输出到达林顿管,经滤波器消除纹波,实现恒流源功能。采用PWM脉冲方式来实现的恒流源可简化硬件电路,易于控制和调节,但是该方案精度难以保证,要适应本设计对精度的要求在技术上难度较高,且该方案很难适应电流调节范围大的应用需求,受纹波和稳定性等因素的限制,难以实现。1

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