LED可控恆流源驅動系統設計方案

2021-01-08 電子產品世界

LED作為第三代照明光源，具有工作電壓低，耗電量小，發光效率高、壽命長等優點。LED是一個非線性器件，當LED導通時，只要LED上的電壓發生微小變化，就會使電流過大導致LED器件發熱損壞。LED的工作特性對其供電電源質量的依賴程度很大，因此實現一個高質量的供電電源對提高LED的照明質量、電能利用率、延長LED的使用壽命有著重要的意義。供電電源的穩定性主要取決於LED驅動電路設計，恆流源驅動是最佳的LED驅動方式，採用恆流源驅動，LED上流過的電流將不受電壓、環境溫度變化，以及LED參數離散性的影響，從而能保持電流恆定，充分發揮LED的各種優良特性。目前廣泛採用的恆流源有兩種形式：一種是線性電源改進型恆流源，另一種是開關電源式恆流源。線性電源改進型恆流源的線性損耗大，適用範圍小；開關電源式恆流源的可靠性較差，適應範圍小，而且成本高。因此，經濟實用、性能可靠的數控恆流源就得到了廣泛的應用。本文針對小功率LED在現有照明系統中驅動方式存在的一些不足，設計了一種高效的驅動系統，提出了一種相應的新型驅動系統。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/200345.htm

1 LED特性

1.1LED伏安特性

LED伏安特性的數學模型可以表示為：

式中，V是LED啟動電壓；RS表示伏安曲線斜率；IF表示LED正向電流；T表示環境溫度；△VF/△T是LED正向電壓的溫度係數，對於大多數LED而言，它的典型值為-2V/℃。從LED的數學模型看，在一定的環境溫度條件下LED在正嚮導通後其正向電壓的細小變動將引起LED電流的很大變化。

1.2LED溫度特性

LED正向電流的大小是隨溫度變化而變化的，白光LED的工作電流一般在200mA左右，當環境溫度一旦超過50℃，白光LED的容許正向電流會幅度降低而達不到正常發光亮度所需的工作電流，在此情況下如果仍舊施加大電流，很容易使白光LED老化。

1.3LED光學特性

光源的光通量是指單位時間內通過4π立體角的可見光能量。白光LED電流與光通量的關係如圖1所示，隨著電流的增加，LED的光通量非線性增加，並逐漸趨於飽和。其原因主要是因為隨著電流及時間的增大，大功率LED內部溫度上升，發生在P/N結結區的載流子複合機率下降，造成LED發光效率降低。


圖1LED光通量與電流關係圖

2 系統方案選擇與比較

2.1系統結構框圖

系統結構框圖如圖2所示。


圖2LED可控恆流源驅動系統結構框圖

2.2核心控制器的選擇

控制器採用目前比較通用的STC系列單片機STC89C52，一種帶8K字節閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROM-FalshProgrammableandErasableReadOnlyMemory）的高性能8位微處理器。該器件採用高密度非易失存儲器製造技術製造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由於將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個晶片中，STC的STC89C52是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

2.3時鐘功能模塊的選擇

方案1採用DS1302時鐘晶片。此晶片體積小、引腳少，操作起來非常方便。缺點是使用時需要外接備份電池和外部晶振，硬體線路較複雜，成本較高。

方案2採用DS12C887時鐘晶片。此晶片，體積相對較大，內部集成有可充電鋰電池，同時還集成32.768kHz的標準晶振，可有效地保持時間的連續性，使用起來非常方便，但價格昂貴。

方案3利用單片機（晶振11.0592M）的定時器設計時鐘。時間顯示在1602液晶上，用獨立鍵盤調節時鐘的時、分、秒，並且可以設置定時。成本低，不需要在啟用其他的晶片和外圍電路，但程序較為複雜。

考慮到性價比的問題和電路優化問題，所以選用方案3。

2.4恆流源模塊選擇

方案1採用單片機產生PWM信號，輸出到達林頓管，經濾波器消除紋波，實現恆流源功能。採用PWM脈衝方式來實現的恆流源可簡化硬體電路，易於控制和調節，但是該方案精度難以保證，要適應本設計對精度的要求在技術上難度較高，且該方案很難適應電流調節範圍大的應用需求，受紋波和穩定性等因素的限制，難以實現。

方案2由運算V/I轉換電路構成恆流電路。運算放大器構成的恆流電路擺脫了電晶體恆流電路受限於工藝參數的缺點。該方案可實現0~5V/0~500mA的V/I轉換，且轉換精度較高。若輸入端由單片機配合數字電位器控制，還可很方便實現數控恆流源。

方案3通過專門的恆流/恆壓晶片LT1769和簡單的控制線路來實現壓控電流源方案。這種恆壓晶片具有集成度高，使用起來控制系統的軟硬體都變得相對簡單的優點。但缺點是方案實現不夠靈活；由於該晶片精度不高，設備性能被局限在這種專用晶片性能指標所允許的範圍內。所以這種設計一般只適合於精度要求不高，但集成度和便攜性要求高的場合，事實證明，這不是做理想的數控電流源實現方案。

鑑於論證與比較，最終選擇方案2。

2.5D/A轉換器選擇

對於D/A轉換器，筆者使用非常普遍的8位D/A轉換器DAC0832，其轉換時間為1μs，工作電壓為+5V~+15V，基準電壓為±10V，與微處理器接口完全兼容，具有價格低廉、接口簡單、轉換控制容易等優點，在單片機應用系統中得到廣泛的應用。其D/A轉換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。

3 硬體電路設計

3.1系統電源電路

如圖3所示，該電源利用正壓集成穩壓器LM7812和負壓集成穩壓器LM7912提供對稱的正/負12V穩壓輸出，供給運放使用，而後再通過LM7805穩壓成5V輸出，供給單片機使用。


相關焦點

  • 大功率LED恆流驅動方案選擇及設計
    恆流驅動和提高LED的光學效率是LED應用設計的兩個關鍵問題，本文介紹大功率LED的應用及其恆流驅動方案的選擇指南，然後以美國國家半導體 （NS）的產品為例，重點討論如何巧妙應用LED恆流驅動電路的採樣電阻提高大功率LED的效率，並給出大功率LED驅動器設計與散熱設計的注意事項。
  • 基於PT4115的大功率LED恆流驅動的設計方案
    但是，LED 的高效節能的優點要想保證的話，其驅動具有尤為重要的作用。本文對大功率LED 和小功率LED 適合的驅動進行了比較研究。並且提出一種基於PT4115 的高效率的大功率LED 恆流驅動解決方案。該種驅動電路簡單、高效、成本低，適合當今太陽能產品的市場化發展。
  • 大功率LED恆流驅動方案及實例
    恆流驅動和提高LED的光學效率是LED應用設計的兩個關鍵問題，本文介紹大功率LED的應用及其恆流驅動方案的選擇指南，然後以美國國家半導體(NS)的產品為例，重點討論如何巧妙應用LED恆流驅動電路的採樣電阻提高大功率LED的效率，並給出大功率LED驅動器設計與散熱設計的注意事項。
  • 淺析小尺寸非隔離恆流18W LED日光燈驅動設計
    除了節能減排的重大使命以外，LED相比於其他光源更可控的特點使其可能革命性的豐富人們的用光環境，提供許多新穎的光影世界。而實現這些應用最為關鍵的環節就是驅動：LED光源的大腦。更小體積、更少元件、更低成本、更強大，這些是市場對LED驅動電源的「苛刻」要求。
  • 關於線性恆流源驅動的詳細解析
    關於線性恆流源驅動的詳細解析 秦天鶴 發表於 2019-09-23 08:53:33 在前一篇中提到，如果LED燈珠在其額定參數範圍內及有良好散熱的情況下使用，LED的使用壽命可以很長。
  • 基於三線制恆流源驅動Pt1000鉑電阻的溫度測量
    這裡提出採用三線制恆流源驅動方案克服引線電阻、自熱效應，利用單片機系統校正控制方案實現元器件漂移和鉑電阻傳感器精度校準，最後在上位機中採用MLS數值算法實現噪聲抵消，大大提高了溫度測量精度和穩定度。　　1 高精度測量方案及原理　　鉑電阻傳感器是利用金屬鉑(Pt)的電阻值隨溫度變化而變化的物理特性而製成的溫度傳感器。
  • led恆流驅動電源維修
    打開APP led恆流驅動電源維修 姚遠香 發表於 2019-04-10 11:42:33 　　led恆流驅動電源維修 　　一看： 　　是指對故障的板進行直觀的肉眼判斷，看表面是否有錫珠，錫渣或其他導體造成的短路，也要看是否有器件焊接不良，再看是否有澆毀或損毀的器件。
  • 非隔離單電感的5-40W內置MOS的LED恆流驅動方案
    LED驅動方案原理圖　　方案特點：　　1)雙面板設計，雙面元器件，面積：13mm*24mm;　　2) 176V~264V電壓範圍輸出15W，可過CE　　3)擁有精確輸出開路(低於200V)、短路、過溫保護，CS電阻開短路保護　　4)輸出效率：≥92%(176V~264V滿載);電流精度±3%(200~264V)
  • 小尺寸非隔離恆流18WLED日光燈驅動方案
    首先是高亮度LED效率的不斷提升和高效率高可靠性恆流LED驅動電源的不斷湧現，其次是全球立法禁止白熾燈照明和CFL節能燈的逐步淡出(它含有對環境有害的水銀)。這些因素綜合起來正使得LED照明成為一個長期的發展趨勢。更重要的是，低成本(包括LED燈珠、散熱系統和LED驅動器)是消費者廣泛採用LED通用照明的原始推動力。
  • LCD面板的LED背光碟機動方案設計
    德信（EUTECH）公司中國區FAE經理盧世勇表示，由於LED是低壓、大電流驅動型器件，應用時會產生大量的熱量，其應用環境也變化多樣，因此，其面臨以下技術挑戰：為LED驅動提供高效可靠的電源轉換方案，如將TV中的AC-DC電源轉換與LED驅動整體考慮，提供完整的解決方案；為了獲得較高的系統效率並解決散熱問題，必須要求低導通電阻，但是LED燈條需要高壓驅動，高電壓、低導通電阻與成本之間的折中是一個技術課題
  • 恆流源應用電路設計方案大全
    打開APP 恆流源應用電路設計方案大全 發表於 2017-06-01 10:50:05 　　三極體和運放構成的幾種恆流源電路分析
  • 一種基於LED路燈的PFC開關電源驅動設計方案
    用市電驅動大功率LED需要解決降壓、隔離、PFC(功率因素校正)和恆流問題，還需有比較高的轉換效率，有較小的體積，能長時間工作，易散熱，低成本，抗電磁幹擾，和過溫、過流、短路、開路保護等。本方案設計的PFC開關電源性能良好、可靠、經濟實惠且效率高，在LED路燈使用過程中取得滿意的效果。
  • 一文看懂節能燈適用的高頻恆流LED開關電源設計
    LED開關電源與普通開關電源的區別 　　1、最明顯的區別：LED電源是恆流源，一般開關電源是恆壓源。 　　2、LED開關電源的設計難點是體積和價錢。 　　3、LED電源：首先要求一定要恆流；其次低溫低熱長壽命；然後小體積；再次防水防腐防靜電；最後高頻汙染。
  • 一種數控恆流源電路的設計
    1 系統的結構與原理變壓整流、單片機控制部分、D/A 與A/D 轉換電路、供電部分、顯示器或鍵盤接口電路、恆流源電路等，本數控恆流源便由以上的幾個部分組成。該系統還能實現人機交流，主要是通過LED數碼管和小鍵盤來實現的，LED 數碼管顯示電流值以及一些相對應功能，而小鍵盤則可以實現人為的來控制恆流源輸出，即當未小鍵盤控制下的狀態時，用戶的輸入狀態會被顯示，而當為A/D 採樣控制時，主要控制部分器件包括：模數轉換晶片、鍵盤顯示接口晶片、單片機、驅動晶片、8 位數模磚和晶片等。
  • 詳解LED 照明燈具設計方案
    系統應用電壓範圍從 12VDC 到 600VDC，佔空比最大可達 100%；適用於交流 85V-265V 寬電壓輸入，主要應用於非隔離的 LED 燈具電源驅動系統。BP2808 採用專利技術的源極驅動和恆流補償技術，使得驅動 LED 光源的電流恆定，從交流 85V-265V 範圍內變化小於±3％。
  • 15W LED日光燈恆流驅動方案設計(一)
    一、總體設計本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/174864.htmFT870B是一款PWM控制型的高效的恆流型LED驅動IC,能在15~500V的輸入電壓下正常工作，固定25K的工作頻率，最大能驅動1A的輸出電流，恆流精度達到±5%,並且支持PWM調光功能。
  • 恆流二極體的性能及其子LED驅動中的應用
    很多國外的大公司都開發出這種產品以供驅動LED，這是因為LED必須採用恆流源作為驅動的原因。下面我們將要深入討論一下恆流二極體的性能和應用。採用結型場效應管和運放的恆流源　　其電流：I = Vin/R1，這個恆流源還需要一個基準電壓Vin，最簡單的基準電壓就是齊納二極體，所以也可以利用一個齊納二極體和一個三極體或場效應管來構成恆流源。
  • LED日光燈設計原理及實現方案
    PWM LED驅動控制器PT4107 LED日光燈的LED燈條電源驅動方案有很多種，目前非隔離方案因其效率高而佔主流，而用PWM LED驅動控制器來做LED日光燈驅動電源的又佔絕大多數。PT4107的主要技術特點：從18V到450V的寬電壓輸入範圍，恆流輸出；採用頻率抖動減少電磁幹擾，利用隨機源來調製振蕩頻率，這樣可以擴展音頻能量譜，擴展後的能量譜可以有效減小帶內電磁幹擾，降低系統級設計難度；可用線性及PWM調光，支持上百個0.06W LED的驅動應用，工作頻率25kHz-300kHz，可通過外部電阻來設定。
  • 4種LED日光燈驅動方案優缺點分析
    驅動電源的恆流驅動問題。目前大部分恆流源大都是總恆流（也就是多個並聯燈串共用一個恆流源，因為LED燈珠之間阻值的差異性，所以每串燈的電流大小不同，任何一顆LED燈出現故障，都會影響其它燈串的電流，這樣電流大的那些燈串光衰更嚴重，其使用壽命也會大大減短。）　　第二. 散熱問題。這是LED日光燈管的使用壽命的核心問題之一。
  • 基於溫度補償的高溫度高精度穩定性恆流源
    在模擬電路中通常包含基準源，基準源在許多系統電路裡都是關鍵部件，其電氣特性可以直接影響到整個系統的電氣特性。在電路設計中，工程師們通常都需要一些溫度穩定性好、輸出電流大、精度高的恆流源。這些特性的恆流源，往往對電路中電阻的精度要求和溫度係數的要求很高，這對一次集成技術來說是一個難題。