一種新型白光LED模組驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)

摘 要:為了改善白光LED模組的照明質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)對(duì)白光LED模組色溫的調(diào)節(jié)，通過分析白光LED模組的驅(qū)動(dòng)電路技術(shù)，提出了一種新型白光LED模組驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。該驅(qū)動(dòng)電路中利用PWM方式驅(qū)動(dòng)RGB三色LED，并通過光強(qiáng)反饋來分別控制三色LED的PWM信號(hào)。該電路具有穩(wěn)定輸出光功率的功能，另外還可以調(diào)節(jié)輸出光的色溫和光強(qiáng)，達(dá)到了良好的照明效果。

關(guān)鍵詞:白光LED; 驅(qū)動(dòng)電路; 照明質(zhì)量; PWM信號(hào)

中圖分類號(hào):TB858.1;TP274 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1004-373X(2010)10-0196-02

Design of New Type White LED Module Drive Circuit

SUN Lu， ZHAO Hui-yuan， SU Bing-hua

(Zhuhai Campus of Beijing Institute of Technology， Zhuhai 519085， China)

Abstract: A new type of white LED module drive circuit through the analysis of related technology is introduced， to improve the lighting quality of white LED module and realize the adjusting of the color temperature of white LED module. In this drive module， PWM mode is used to drive the RGB LEDs， light intensity feedback is used to control the PWM signal for the three color LEDs. With this drive circuit， the power of LED module output can be output， the color temperature and intensity of output power can be adjusted. An improved lighting quality is achieved.

Keywords: white LED; drive circuit; lighting quality; PWM signal

0 引 言

由于當(dāng)前溫室效應(yīng)和能源危機(jī)的影響，使得人們對(duì)節(jié)能技術(shù)越來越關(guān)注。LED照明具有節(jié)能、壽命長等優(yōu)點(diǎn)，LED照明技術(shù)作為新型綠色照明技術(shù)，目前的應(yīng)用日趨廣泛[1-2]。LED的白光照明通常是使用藍(lán)、綠、紅三原色多芯片LED模組構(gòu)成，由于這種LED模組中每種LED芯片的老化特性不同，因此色溫會(huì)隨著時(shí)間和溫度而發(fā)生變化，這就給白光LED的使用帶來了限制[3]。本文中分析了對(duì)白光LED模組的驅(qū)動(dòng)模式，提出了一種新型白光LED模組驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)方案。

1 白光LED模組的驅(qū)動(dòng)

對(duì)于傳統(tǒng)光源的驅(qū)動(dòng)方式而言，大都是以恒定電壓的形式存在，這就使得傳統(tǒng)光源的驅(qū)動(dòng)十分簡單。在線性范圍內(nèi)，LED的發(fā)光強(qiáng)度與其驅(qū)動(dòng)電流及正向壓降成正比，并隨著溫度而變化，這就需要恒定的電流來驅(qū)動(dòng)LED。除此之外，白光LED模塊有一個(gè)重要的指標(biāo)，就是色溫。色溫以絕對(duì)溫度K來表示，某光源與黑體的顏色相同時(shí)，就把黑體當(dāng)時(shí)的絕對(duì)溫度稱為該光源的色溫。白光LED色溫取決于所發(fā)出的白光中3種色彩成分的構(gòu)成比例。

為了調(diào)節(jié)白光LED模組光源的色溫，就需要對(duì)白光LED模組里中的藍(lán)、綠、紅3個(gè)LED芯片的驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行單獨(dú)控制，就需要3個(gè)獨(dú)立的恒流驅(qū)動(dòng)電路。目前，恒流驅(qū)動(dòng)電路一般都采用開關(guān)模式的PWM控制器來實(shí)現(xiàn)，其驅(qū)動(dòng)電流的調(diào)節(jié)主要分為模擬調(diào)節(jié)方式和PWM調(diào)節(jié)方式[4-9]。

模擬調(diào)節(jié)方式是利用PWM控制器來對(duì)驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，以穩(wěn)定LED的驅(qū)動(dòng)電流，得到穩(wěn)定的輸出光強(qiáng)。由于通常PWM控制器的反饋控制信號(hào)是一個(gè)電壓值，所以模擬調(diào)節(jié)是利用一個(gè)測量電阻對(duì)輸出驅(qū)動(dòng)電流進(jìn)行采樣，并將其轉(zhuǎn)換為反饋電壓信號(hào)，通過PWM控制器對(duì)反饋電壓的穩(wěn)定，從而達(dá)到穩(wěn)定輸出驅(qū)動(dòng)電流的目的，電路原理圖如圖1所示。

圖1 模擬調(diào)節(jié)方式的示意圖

使用模擬方式調(diào)節(jié)輸出電流來調(diào)節(jié)LED輸出光強(qiáng)的方法存在一個(gè)很大的問題:由于LED的輸出波長會(huì)隨著LED的驅(qū)動(dòng)電流改變而發(fā)生變化，這樣在不同的輸出光強(qiáng)下，白光LED模組的色溫就會(huì)發(fā)生變化。

為了克服上述的缺點(diǎn)，人們又開發(fā)了對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電流的PWM調(diào)節(jié)方式。

2 LED驅(qū)動(dòng)電流的PWM調(diào)節(jié)方式

PWM調(diào)節(jié)方式是指在1個(gè)周期內(nèi)使用特定占空比的脈沖驅(qū)動(dòng)波形來驅(qū)動(dòng)LED的方式。LED的平均驅(qū)動(dòng)電流取決于脈沖波形的占空比和LED額定驅(qū)動(dòng)電流，在固定LED額定驅(qū)動(dòng)電流的情況下，通過改變占空比，就可以改變LED的平均驅(qū)動(dòng)電流，從而改變LED的輸出光強(qiáng)度。為了避免閃爍效果，通常脈沖波形的頻率要大于200 Hz。

凌力爾特公司的LED驅(qū)動(dòng)芯片LT3474是一種額定輸出電流可調(diào)的LED恒流驅(qū)動(dòng)控制芯片[10]，最大驅(qū)動(dòng)電流可以達(dá)到1 A。它提供了2種驅(qū)動(dòng)方式:模擬調(diào)節(jié)方式和PWM調(diào)節(jié)方式。在PWM調(diào)節(jié)方式下，利用改變外加的PWM信號(hào)的占空比，可以實(shí)現(xiàn)400∶1的調(diào)光比。其PWM調(diào)節(jié)方式的典型應(yīng)用電路如圖2所示，其中外加PWM控制信號(hào)由PWM管腳施加。

圖2 LT3474的PWM驅(qū)動(dòng)方式典型應(yīng)用電路

圖3所示為在PWM調(diào)節(jié)方式下，外加PWM脈沖驅(qū)動(dòng)信號(hào)和輸出驅(qū)動(dòng)電流的測量結(jié)果。從圖3中可以清楚地觀察到LED驅(qū)動(dòng)電流是受外加PWM信號(hào)的控制。其中REF管腳的輸出參考電壓為1.25 V，如果將VADJ與REF管腳短接，則輸出的額定LED驅(qū)動(dòng)電流為最大輸出電流(1 A)。對(duì)LED的額定驅(qū)動(dòng)電流ILED的調(diào)節(jié)是通過改變VADJ管腳的電壓而實(shí)現(xiàn)，可以通過將REF所輸出的1.25 V參考電壓分壓而完成。輸出LED的額定電流由下式得到:

ILED=1×VADJ1.25(1)

而LED的平均電流則由下式得到:

IAVE=DDIMILED(2)

式中:DDIM為外加PWM信號(hào)的占空比。

圖3 外加PWM脈沖電壓信號(hào)和輸出驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)

3 色溫可調(diào)的白光驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)

為了穩(wěn)定LED輸出光的光強(qiáng)、色溫，并實(shí)現(xiàn)光強(qiáng)、色溫的調(diào)節(jié)，設(shè)計(jì)了一種白光LED模組驅(qū)動(dòng)電路，其框圖如圖4所示，其中使用了分別帶有藍(lán)、綠、紅濾光片的光強(qiáng)探測器對(duì)構(gòu)成白光LED模組的3種LED光強(qiáng)進(jìn)行監(jiān)控，并通過AVR單片機(jī)的控制，改變相應(yīng)的PWM控制信號(hào)的占空比，穩(wěn)定藍(lán)、綠、紅3個(gè)LED的光強(qiáng)，就穩(wěn)定了白光LED模組的光強(qiáng)和色溫，其中每路LED的驅(qū)動(dòng)電路中都使用了LT3474作為驅(qū)動(dòng)控制芯片。

圖4 白光LED模組驅(qū)動(dòng)控制電路示意圖

對(duì)輸出白光的調(diào)節(jié)，可以分為光強(qiáng)和色溫調(diào)節(jié)。如果只是改變光強(qiáng)，則等比例地改變3個(gè)LED驅(qū)動(dòng)電路中PWM信號(hào)的占空比;如果需要改變色溫，則通過對(duì)藍(lán)、綠、紅LED使用不同占空比進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)白光中3種色彩成分比例的調(diào)節(jié)而調(diào)節(jié)色溫。當(dāng)然，也可以同時(shí)對(duì)輸出光強(qiáng)和色溫進(jìn)行調(diào)節(jié)。通過該電路，就真正實(shí)現(xiàn)了對(duì)白光LED模組的光強(qiáng)和色溫的實(shí)時(shí)控制，而且由于使用了光強(qiáng)探測器的反饋控制，克服由于LED老化而引起的光強(qiáng)、色溫變化，并可以根據(jù)個(gè)人喜好調(diào)節(jié)LED燈具的光強(qiáng)和色溫，達(dá)到了良好的照明效果。

4 結(jié) 語

本文討論了LED驅(qū)動(dòng)的2種調(diào)節(jié)方式，介紹了PWM調(diào)節(jié)的電路，并提出了一種白光LED模組的驅(qū)動(dòng)控制電路，通過利用三色光強(qiáng)探測器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)光強(qiáng)和色溫的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)控制。該電路可以克服由于LED老化而引起的光強(qiáng)、色溫變化，并可以根據(jù)個(gè)人喜好調(diào)節(jié)LED燈具的光強(qiáng)和色溫，達(dá)到了良好的照明效果。

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