照明LED恒流源驅動設計研究

摘 要：當前，LED的小功率照明已經初具規模，但其在現有照明系統中存在一個值得人們研究的不足，即：其驅動方式上的不足；對此，本文設計了一種高效的LED恒流源驅動系統。

關鍵詞：LED；直流恒流系統；D/A

中圖分類號：TN312.8 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-01

作為第三代照明光源，LED具有很多其他光源無法比擬的優點：工作電壓低、耗電量小、發光效率高等。LED屬于非線性器件，當其導通時，其上的電壓即是發生很小的變化，都可能會將LED器件燒壞；可見，LED的工作特性很大程度上依賴于供電電源的質量。設計一款性能穩定的高質量工作電源對于LED而言具有重要的現實意義。而供電電源的穩定性主要是由驅動電路決定的，最佳的驅動方式為恒流源驅動，因為在這種驅動方式下，LED上的電流不會受到電壓和外界環境的影響。本文針對照明LED恒流源驅動方式上的不足，設計了一種高效的LED恒流源驅動系統。

一、系統方案選擇

在系統方案的選擇上，首先是核心控制器的選擇。在本文設計的系統中，采用了STC系列單片機STC89C52作為核心控制器；它帶有8K字節的能夠實現閃爍的8位微處理器[1]；這種處理器可以擦除只讀存儲器中的內容，能夠和MCS-51指令集以及輸出管腳相兼容。它屬于高效微控制器。其次，是時鐘功能模塊的選擇，共有三種可行方案：（1）使用DS1302時鐘芯片。它具有體積小、引腳少、方便操作的優點；主要不足在于：在使用過程中，需要外接備份電池以及外部晶振，具有十分復雜的硬件線路，投資較高；（2）使用DS12C887時鐘芯片。其體積較大，將可充電鋰電池集成在其內部；同時，標準晶振也被集成在其內部，能夠保證時間的連續性，便于使用，但是價格較高；（3）使用單片機的定時器設計時鐘。在1602液晶上可以顯示時間，并且該時間可以通過獨立的鍵盤進行調節；其成本較低，無需外電路和其他芯片；但是程序比較復雜。作者經過綜合比較之后，選擇第三種方案作為時鐘功能模塊。接著是恒流源模塊的選擇。有兩種方案可供選擇：（1）通過單片機產生相應的PWM信號，經過達林頓管后進行濾波，實現恒流源的功能。這種方式可以實現硬件電路的簡化，有利于控制及調節，但是其精度難以得到保障。（2）利用運算V/I轉換電路實現恒流源功能。這種方式能夠避免晶體管恒流電流易于受到工藝參數干擾的問題，它可以實現0-5V/0～500mA的電壓和電流轉換，并且具有較高的轉換精度。經過對比論證后，本文最終選擇第二方案。最后是D/A轉換器的選擇，本文采用了較為普遍的8位D/A轉換器DAC0832[2]，其轉換時間為1秒鐘，工作電壓為+5V～+15 V；能夠與微處理器的接口相兼容。

二、硬件設計

（一）電源電路

如圖1所示，利用LM7812和LM7912提供對稱的穩壓輸出，以供運算放大器使用，之后經過LM7805穩壓，得到5V輸出，最終供單片機使用。

（二）LED驅動電路

圖2給出了LED的驅動電路圖，它能夠實現電流和電壓的轉換。運算放大器U1A構成比較器；運算放大器U1C構成電壓跟隨器，共同構成反饋電流，反饋信號與輸入信號進行比較之后可以得到輸出電壓。對UIB的電壓進行控制可以實現Q1的輸出電流的改變；在反饋的作用下，可以實現對輸入電壓的跟蹤。

三、軟件設計

就系統軟件而言，其主要任務是實現D/A的轉換，實現步進加減、進行鍵盤掃描和液晶顯示等。為了將這些分散的任務組織起來，在本文所設計的系統中，采用了前后臺的結構。在主程序中，包括有：鍵盤掃描和液晶顯示功能；而D/A轉換由于需要定周期運行，將其放置在時基中斷服務子程序中[4]，他能夠保證關鍵任務的及時執行。整個系統采用了看門狗技術，一旦系統出現死循環，看門狗會將單片機復位，從而重新回到有序的工作狀態。

就主程序而言，當系統上電復位后，首先是主程序完成系統的初始化，包括：I/O口、中斷系統以及定時器/計數器[4]。當系統的初始化完成之后，中斷被打開，進入到鍵盤掃描程序，鍵值被獲取之后會依據設定的預置值，經過LCD的顯示，最終輸出電流值以及時間等。其次是D/A轉換程序，就轉換器DAC0832而言，其接口形式為并行接口；所以，在進行DAC0832操作時，應該考慮時序的問題，最后是時鐘程序。

四、結束語

本文針對照明LED恒流源驅動方式上的不足，設計了一種高效的LED恒流源驅動系統。該系統采用了STC89C52單片機實施控制，對主電路的輸出電流進行調整，通過液晶進行顯示，最終實現了恒流源供電。整個驅動電路的組成包括：運算電路、轉換電路；它們共同構成電流閉環反饋控制系統，依據運算電壓和電流，轉換電路也構成了電流閉環系統。實踐表明，該系統的恒流特性較好，實現了輸出電流的可調性。

參考文獻：

[1]張迎新.單片機原理及應用[M].北京：電子工業出版社，2009：40-41.

[2]郭天祥.51單片機C語言教程[M].北京：電子工業出版社，2009：l17-123.