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                        大功率LED智能化照明控制系统设计

                        [09-15 23:17:43]   来源http://www.mkld.icu  信息显示与光电技术   阅读9668

                        概要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?#30636;?#29992;恒流源驱动另外要提高发光的效率设计具有完善

                        大功率LED智能化照明控制系统设计,http://www.mkld.icu

                        引  言

                        随着LED技术的?#27426;?#21457;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 W3 W5 W8 W和10 W被称为绿色光源的LED正朝着大电流(300 mA1.4 A)高效率(60120 lmW)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?#30636;?#29992;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?#24067;?#30005;路设计和软件程序设计相结?#31995;?#26041;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DA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DA的输出电压和采样电阻R1的比值用公式表示为Is=VinR


                        集成运放LM358内部包括2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330 V的宽电源电压范围且可用作电压跟随器运放配合MOSFET RF830通过反馈跟随输入电压Vin功率MOSFET的基极与运放的输出?#26029;?#36830;用来增加驱动电流当LM358的同相端输入电压恒定时由于负反馈的存在保证了LM358输出电压恒定从而使流经LED负载的电流为恒定电流本设计是在030 V电源供电的条件下调节电流源的输入电压Vin从02.4 V变化控制恒流源电路得到02.4 A的电流输出由此可计算采样电阻的阻值应该为1 来保证所需的恒流数值

                        采样电阻的选择会直接影响恒流源的稳定度当输出电流达到?#27426;?#31243;度时R必然会发热引起自身阻值的变化这是影响恒流源输出电流值精度的一个关键因素同时AD转换通过采样R?#31995;?#30005;压值为单片机进行闭环控制提供数据因本设计最大输出电流为2.4 A所以R的功率应足够大为此采用了温度系数比较小的?#20302;?#26448;料制作的阻值为1 功率为10 W的电阻此外MOSFET是电压控制?#25512;?#20214;稳态时其栅极所需控制电流IG?#36127;?#20026;0不会影响输出电流UD的精度从而保证了恒流源的输出电流精度对于电?#20998;MOSFET管也应选取大功率管以满足电流的要求本系统采用漏极电流达4.5 A耗散功率为74 W的N沟道增强型MOSFET管RF830

                        2.2  自动控制单元

                        上述可控恒流源的设计已满足了电源的稳定输出的要求但电源的稳定只是光源稳定的必要条件因为在电源稳定的情况下光源输出电流仍会在长时间工作中出现波动系统中自动控制模块主要由键盘LED数字显示具有AD和DA控制等功能的单片机(C8051F040)系统组成其中4个按键(S1S4)控制实现2个功能2个选择键2个加减键当LED光源改变LED的电?#38382;?#36319;随改变所要求的恒流值也改变通过选择按键1设定当前LED的所需电流值当固定LED光源控制其达到恒流工作情况时通过S2可方便设定LED发光亮度系统电路设计原理如图5所示

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