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辽宁快乐12遗漏任五:大功率LED智能化照明控制系統設計

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概要:電壓變化很小時,電流變化很大。當正向電壓超過某個閾值,即通常所說的導通電壓之后,可近似認為,IF與VF成正比,如圖1所示。(2)光特性根據LED的發光原理,LED的發光亮度基本隨LED的電流正向變化??刂拼蠊β蔐ED的發光亮度,實質是控制它的輸出光通量。(3)溫 度LED正向電流的大小也是隨溫度變化而變化的?;肪澄露紉壞┏騁恢?,白光LED的容許正向電流會大幅度降低。在此情況下,如果仍舊施加大電流,很容易造成白光LED老化。圖2是LED的溫度與正向電流關系曲線。2系統方案設計光源系統的穩定性與驅動電源有很大的關系,瞬態的電流或電壓尖峰等許多因素都很容易對其造成損壞。驅動電源的性能直接影響整個光源系統的工作壽命、穩定性等性能。大功率LED所需的驅動電源為直流的低電壓.所以傳統上用以驅動燈泡(鎢絲)、口光燈、節能燈、鈉燈等光源的電源并不適合直接驅動大功率LED。根據以上大功率LED特性,VF的微小變化會引起較大的IF變化;電流過強會引起LED光的衰減,電流過弱會影響LED的發光強度;溫度升高時LED的勢壘電勢降低,電流會越來越大。因此采用恒壓源驅動不能保證LED亮度的一致性.并且影響LED的可靠性、壽命和光衰,故超高亮LED通常適宜采用恒流源驅動。另外,要提高發光的效率,設計具有完善

大功率LED智能化照明控制系統設計,//www.rjrpnh.com.cn

  引  言

  隨著LED技術的不斷發展,推動了白光LED的問世,照明產業開始了綠色照明時代。由于LED能耗少、熱輻射低、發光效率高,是一種節能、環保、經濟、安全的新型照明器件,因此,加快技術研究并提高其發光效率成為當今首要問題。大功率LED要成為照明業的主體,其中安全、高效的驅動研究是推廣應用大功率LED的關鍵。

  1  大功率LED工作特性

  LED是一種新型半導體固態冷光源,它是一種能夠將電能轉化為可見光的光電器件。一般來說,大功率LED的功率至少在1 W以上,目前比較常見的有1 W、3 W、5 W、8 W和10 W;被稱為“綠色光源”的LED,正朝著大電流(300 mA~1.4 A)、高效率(60~120 lm/W)、亮度可調的方向發展。

  (1)伏安特性

  大功率LED是低電壓、大電流的驅動器件,當LED電壓變化很小時,電流變化很大。當正向電壓超過某個閾值,即通常所說的導通電壓之后,可近似認為,IF與VF成正比,如圖1所示。


  (2)光特性

  根據LED的發光原理,LED的發光亮度基本隨LED的電流正向變化??刂拼蠊β蔐ED的發光亮度,實質是控制它的輸出光通量。

  (3)溫  度

  LED正向電流的大小也是隨溫度變化而變化的?;肪澄露紉壞┏騁恢?,白光LED的容許正向電流會大幅度降低。在此情況下,如果仍舊施加大電流,很容易造成白光LED老化。圖2是LED的溫度與正向電流關系曲線。


  2系統方案設計

  光源系統的穩定性與驅動電源有很大的關系,瞬態的電流或電壓尖峰等許多因素都很容易對其造成損壞。驅動電源的性能直接影響整個光源系統的工作壽命、穩定性等性能。大功率LED所需的驅動電源為直流的低電壓.所以傳統上用以驅動燈泡(鎢絲)、口光燈、節能燈、鈉燈等光源的電源并不適合直接驅動大功率LED。根據以上大功率LED特性,VF的微小變化會引起較大的IF變化;電流過強會引起LED光的衰減,電流過弱會影響LED的發光強度;溫度升高時LED的勢壘電勢降低,電流會越來越大。因此采用恒壓源驅動不能保證LED亮度的一致性.并且影響LED的可靠性、壽命和光衰,故超高亮LED通常適宜采用恒流源驅動。另外,要提高發光的效率,設計具有完善、可靠的?;すδ艿腖ED驅動系統,具備自動控制與檢測的智能型LED驅動成為技術發展的必要途徑。本文采用硬件電路設計和軟件程序設計相結合的方法,以單片機為核心,通過負反饋調整輸出電流以達到穩定的目的,從而完成亮度可調的適合于多種大功率LED的智能驅動系統,使系統的性能得到很大的改善和提高,有效地解決了光源輸出穩定性和可靠性的問題。系統原理框圖如圖3所示。


  2.1可控恒流源

  圖4是系統中用到的恒流源電路。該電路屬于電流串聯負反饋的拓撲結構,由集成運放和MOS管構成。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D/A輸出的可調電壓信號Vin,使其成為受控恒流源。在反向輸人端連接采樣電阻R。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R1的比值,用公式表示為:Is=Vin/R。


  集成運放LM358內部包括2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、3~30 V的寬電源電壓范圍,且可用作電壓跟隨器。運放配合MOSFET RF830通過反饋跟隨輸入電壓Vin,功率MOSFET的基極與運放的輸出級相連,用來增加驅動電流。當LM358的同相端輸入電壓恒定時,由于負反饋的存在,保證了LM358輸出電壓恒定,從而使流經LED負載的電流為恒定電流。本設計是在0~30 V電源供電的條件下,調節電流源的輸入電壓Vin從0~2.4 V變化,控制恒流源電路得到0~2.4 A的電流輸出,由此可計算采樣電阻的阻值應該為1 Ω來保證所需的恒流數值。

  采樣電阻的選擇會直接影響恒流源的穩定度。當輸出電流達到一定程度時,R必然會發熱引起自身阻值的變化,這是影響恒流源輸出電流值精度的一個關鍵因素。同時,A/D轉換通過采樣R上的電壓值為單片機進行閉環控制提供數據,因本設計最大輸出電流為2.4 A,所以R的功率應足夠大。為此,采用了溫度系數比較小的康銅材料制作的阻值為1 Ω、功率為10 W的電阻。此外,MOSFET是電壓控制型器件,穩態時其柵極所需控制電流IG幾乎為0,不會影響輸出電流UD的精度,從而保證了恒流源的輸出電流精度。對于電路中MOSFET管也應選取大功率管以滿足電流的要求,本系統采用漏極電流達4.5 A、耗散功率為74 W的N溝道增強型MOSFET管RF830。

  2.2  自動控制單元

  上述可控恒流源的設計已滿足了電源的穩定輸出的要求,但電源的穩定只是光源穩定的必要條件。因為在電源穩定的情況下,光源輸出電流仍會在長時間工作中出現波動。系統中自動控制??櫓饕杉?、LED數字顯示、具有A/D和D/A控制等功能的單片機(C8051F040)系統組成。其中4個按鍵(S1~S4)控制實現2個功能,2個選擇鍵,2個加減鍵。當LED光源改變,LED的電參數跟隨改變,所要求的恒流值也改變,通過選擇按鍵1設定當前LED的所需電流值;當固定LED光源,控制其達到恒流工作情況時,通過S2可方便設定LED發光亮度。系統電路設計原理如圖5所示。

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