智能LED照明驱动系统设计[1]

　　引言

　　近年来，半导体光源正以新型固体光源的角色逐步进入照明领域。按固体发光物理学原理，LED发光效率能接近100 % ，具有工作电压低、耗电量小、响应时间短、发光效率高、抗冲击、使用寿命长、光色纯、性能稳定可靠及成本低等优点。随着LED 价格的不断降低，发光亮度的不断提高，半导体光源在照明领域中展现了广泛的应用前景。LED的伏安特性与普通二极管的伏安特性相同，正向电压的较小波动就会导致正向电流的急剧变化。LED正向电流的大小会随环境温度变化而改变，环境达到一定温度，LED 容许正向电流会急剧降低; 在此情况下， 如果仍旧通过大电流， 容易造成LED 老化，缩短使用寿命，因此LED 在应用过程中需要一个有恒温、恒流控制的，具有可靠保护功能的LED驱动系统。本文介绍了一种智能LED 驱动系统的设

　　计方法。

　　2 LED 模型

　　LED 是低压驱动的PN 结光电半导体器件，其电压与电流的关系可用式( 1) 表示。

　　q———电子电荷。

　　LED 正向电压超过阈值电压之后，LED 的正向电流随正向电压的增加迅速增大，电压很小的波动，会引起电流较大变化。

　　LED 的伏安特性具有非线性和单向导电性，在正向电压小于某一值时，电流极小，不发光，当正向电压超过某一值后，正向电流随着正向电压的增加而迅速增加，LED 的伏安特性模型可用式( 2 )表示。

　　LED 简化模型反映了LED 的伏安特性，用于分析电路驱动电流对LED 电气特性的影响，以验证分析与设计的正确性。

　　3 系统设计

　　LED 驱动系统的性能直接影响光源系统的工作寿命和工作稳定性。本驱动系统主要由开关电源、恒流驱动电路、单片机恒流控制三大部分组成，系统原理框图如图2 所示。

　　本系统采用硬件电路设计和软件程序设计相结合的方法，以单片机控制为核心，通过负反馈调整输出电流，从而完成亮度可调，是适合于多种LED灯具的智能驱动控制系统，使LED 的性能得到改善和提高，解决了LED 光源输出稳定性和可靠性问题。

　　3. 1 开关电源

　　LED 照明只能采用直流供电，在AC220V 供电情况下，首先要解决AC /DC 转换问题。开关电源有转换效率高、小型轻量、输入范围宽、使用灵活节能等优点。开关电源一般用半导体功率器件做开关，将一种电源形态转换成另一种形态，在转换时自动控制稳定输出，具有多种保护电路。

　　开关电源的结构组成如图3 所示，220V 交流电经过低通滤波与桥式整流，得到一个未稳压的直流电压，此直流电压进行有源功率因数校正，提高电源功率因数。直流电压再经过逆变器成为符合要求的高频方波脉冲电压，整流滤波后变成直流电压输出。输出电压经分压、采样后，通过比较电路与基准电压进行比较、误差放大，通过脉宽调制达实现脉冲宽度可调，脉冲宽度调制( PWM) 是开关功率变换器中最常采用的方式。