LED可控恒流源驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　摘要： 針對(duì)小功率LED 在現(xiàn)有照明系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)方式存在的一些不足，設(shè)計(jì)了一種高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。本驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)以STC89C52 單片機(jī)作為核心控制器件，通過D/A 變換構(gòu)成的數(shù)控單元，由運(yùn)算V/I 轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成電流閉環(huán)反饋控制系統(tǒng)。人機(jī)接口采用獨(dú)立鍵盤及LCD 液晶顯示器，控制界面直觀、簡(jiǎn)潔，具有良好的人機(jī)交互性能。

　　LED作為第三代照明光源， 具有工作電壓低， 耗電量小， 發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。LED 是一個(gè)非線性器件， 當(dāng)LED 導(dǎo)通時(shí)， 只要LED 上的電壓發(fā)生微小變化，就會(huì)使電流過大導(dǎo)致LED 器件發(fā)熱損壞。LED 的工作特性對(duì)其供電電源質(zhì)量的依賴程度很大， 因此實(shí)現(xiàn)一個(gè)高質(zhì)量的供電電源對(duì)提高LED 的照明質(zhì)量、電能利用率、延長(zhǎng)LED 的使用壽命有著重要的意義。供電電源的穩(wěn)定性主要取決于LED 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)， 恒流源驅(qū)動(dòng)是最佳的LED 驅(qū)動(dòng)方式， 采用恒流源驅(qū)動(dòng)， LED 上流過的電流將不受電壓、環(huán)境溫度變化， 以及LED 參數(shù)離散性的影響， 從而能保持電流恒定， 充分發(fā)揮LED 的各種優(yōu)良特性。目前廣泛采用的恒流源有兩種形式： 一種是線性電源改進(jìn)型恒流源， 另一種是開關(guān)電源式恒流源。線性電源改進(jìn)型恒流源的線性損耗大， 適用范圍小； 開關(guān)電源式恒流源的可靠性較差， 適應(yīng)范圍小， 而且成本高。因此，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、性能可靠的數(shù)控恒流源就得到了廣泛的應(yīng)用。本文針對(duì)小功率LED 在現(xiàn)有照明系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)方式存在的一些不足， 設(shè)計(jì)了一種高效的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)， 提出了一種相應(yīng)的新型驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。

　　1 LED 特性

　　1.1 LED 伏安特性

　　LED 伏安特性的數(shù)學(xué)模型可以表示為：

　　式中，V 是LED 啟動(dòng)電壓；RS 表示伏安曲線斜率；IF 表示LED 正向電流；T 表示環(huán)境溫度；△VF/△T 是LED 正向電壓的溫度系數(shù)，對(duì)于大多數(shù)LED 而言，它的典型值為-2V/℃。從LED 的數(shù)學(xué)模型看，在一定的環(huán)境溫度條件下LED 在正向?qū)ê笃湔螂妷旱募?xì)小變動(dòng)將引起LED 電流的很大變化。

　　1.2 LED 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(dāng)環(huán)境溫度一旦超過50℃，白光LED 的容許正向電流會(huì)幅度降低而達(dá)不到正常發(fā)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。

　　1.3 LED 光學(xué)特性

　　光源的光通量是指單位時(shí)間內(nèi)通過4π 立體角的可見光能量。白光LED 電流與光通量的關(guān)系如圖1所示，隨著電流的增加， LED 的光通量非線性增加，并逐漸趨于飽和。其原因主要是因?yàn)殡S著電流及時(shí)間的增大，大功率LED 內(nèi)部溫度上升，發(fā)生在P/N 結(jié)結(jié)區(qū)的載流子復(fù)合幾率下降，造成LED 發(fā)光效率降低。

　　圖1 LED 光通量與電流關(guān)系圖