智能LED照明驱动系统设计[2]

　　3. 2 恒流驱动电路

　　恒流源在一定的电压和温度变化下，产生电流变化接近于零，具有恒定电流值和很高的动态输出电阻。一般，恒流驱动电路用电子管、晶体管、恒流器件、集成电路、集成稳压器和其他元器件组成。为了适合LED 灯具的应用，恒流源不仅要有较高稳定度和电流输出准确度，而且恒流驱动电路输出电流设计为可调输出。为了保证输出电流的精度，本设计采用单片机系统D /A 转换输出电压，调节恒流源输出电流，原理图如图4 所示。

　　此恒流驱动电路属于电流串联负反馈的拓扑结构，其中LED 为负载，R6 为采样电阻。在本设计中，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单片机系统D /A 输出的可调电压信号Vs，使其成为受控恒流源，也就是基准电压。在反向输入端连接采样电阻R6。运算放大器工作在深度负反馈状态，它配合功率MOS 管通过反馈跟随输入基准电压Vs，功率MOS 管与运算放大器的基极相连，用来增加驱动电流。当运算放大器的同相端输入电压恒定时，由于负反馈的存在，保证了输出电压的恒定，从而使流经LED 负载的电流为恒定电流。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R6 的比值。由于反馈环节中使用了运算放大器，反馈环路的环路增益加大，反馈深度加大，恒流驱动电路的输出阻抗很大，满足使用要求。

　　输出电流与输入控制电压VS直接关系， 运放失调与VS对输出电流有同样的影响， 因而输出电流的稳定性，取决于受控电压VS的稳定性及运放的失调漂移，选择高稳定度的基准电压源作为控制电压，并选用低漂移运算放大器，是提高本电路输出电流稳定性的重要途径。电路中采用的集成运算放大器LM358，LM358 内部包括有两个独立的、高增益的、内部频率补偿的运算放大器，具有高增益、失调电压影响小的优点。

　　3. 3 单片机恒流控制

　　为了得到稳定的驱动电流，提高LED 的光稳定性。本系统通过改变恒流源的外围电压，利用电压的变化，来控制输出电流的大小。本系统控制部分由单片机系统为核心，结合按钮输入和LED 数字显示，由A /D 采样电压通过闭环反馈与输入电压相比较，进行相应调整，最后由D /A 转换输出的模拟电压，作为恒流源的基准输入电压。

　　3. 3. 1 单片机硬件系统

　　单片机系统主要有AT89C51、ADC0809、DAC0800、数码管、按钮等部分组成，单片机系统原理图如图5 所示。

　　采样模拟电压输入到ADC0809 的输入端，经过ADC0809 转换，输出8 位二进制数到单片机端口，单片机将得到的8 位二进制数，转换成3 位十进制数，显示在数码管上，同时将当前值与基准值相比较，由软件系统做出相应的调整控制。单片机系统软件运算输出一个8 位二进制数值，经由DAC0800实现D /A 转换，输出到DA1 端口，DA1 端口电压输入到恒流驱动电路，调整基准电压VS，实现恒流驱动电路输出电流设计为可调输出。

　　3. 3. 2 单片机软件系统

　　系统设计中，软件程序设计主要包括初始化管理模块、按键管理模块、数据处理模块和显示模块，所有模块都用单片机汇编语言编写。

　　在系统加电后，主程序首先要完成系统初始化，其中包括A /D、D /A、显示等工作状态的设定，给系统变量赋于初值，显示上次设定值等。然后扫描获取键值，判断设定键、校准键是否按下，执行相应的功能子程序。当启动键按下后，根据设定值进行D /A 和A /D 转换，将采样出来的值和设定值通过控制算法进行比较校正等参数计算，最后再进行闭环反馈调整，得到精确的恒定电流值。单片机软件部分主程序流程如图6 所示。

　　4 系统测试

　　本系统进行了负载变化测试， 对不同功率的LED 工作时，检测系统电压、电流的变化，全面测

　　试系统性能。本系统测试采用的测量仪器有: 示波器，数字万用表。负载变化测试选用市场上常用的1W、3W、10W 的LED， 依次加9V、12V、15V 的电源电压，通过按钮设定所选功率LED 对应的输出电流值( 1W—0. 35mA; 3W—0. 75mA; 10W—1A ) 。分别检测对应D /A 转换输出电压、电流源自身检测到实际输出电流值以及通过外部电流表测量的电流值和数码管的两个数据显示值。不同功率LED 的性能参数在实际输出测量中的数值如表1 所示。

　　5 结束语

　　系统设计以恒流源驱动为主体，完成了对LED照明灯具驱动电流的实时监测和高精度的可调控制，同时实现了LED 亮度调节控制， 满足了多种LED照明灯具稳定发光的电流需求。实践证明本文介绍的LED 照明驱动系统的设计方法，安全可靠、稳定性高。