大熱的LED驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方案

［摘要］
　　本項(xiàng)目是基于PFC理論、電流環(huán)控制理論來實(shí)現(xiàn)一個(gè)帶PFC功能的專用數(shù)字LED驅(qū)動(dòng)，使用FPGA進(jìn)行控制，可以得到高的可靠性、傳輸簡單性能指標(biāo)良好、控制方式先進(jìn)和外圍元件很少等優(yōu)點(diǎn)。為固態(tài)照明LED領(lǐng)域提供更可靠經(jīng)濟(jì)實(shí)用的照明驅(qū)動(dòng)。
　　一、設(shè)計(jì)目標(biāo)
　　隨著節(jié)能的概念日益深入人心，作為固態(tài)照明的的新型發(fā)光材料LED取得長足的進(jìn)步。在歐洲，他們專門制訂了COST五年行動(dòng)計(jì)劃，它提出新型光源要符合三個(gè)條件：高效、節(jié)能：不使用有害于環(huán)境的材料；模擬自然光，其顯色指數(shù)接近100。美國有專家提出，半導(dǎo)體已在電子學(xué)方面完成了一場革命，第二場革命將在照明領(lǐng)域進(jìn)行，到2020年左右。固體光源的發(fā)光效率將達(dá)到2001m／w，能符合COST計(jì)劃提出的對新光源的要求，這樣，在國際上掀起了LED照明的熱潮。LED的最大潛在應(yīng)用是普通照明。隨著技術(shù)的進(jìn)步，高亮度自光LED正一步步進(jìn)軍潛力巨大的燈光照明市場。
　　對于大功率電壓管理，為了防止加在負(fù)載上的電壓和電流波形之間存在相位差導(dǎo)致的結(jié)果之一是供電效率降低，即產(chǎn)生所要求的電力需要輸入更大的電力；導(dǎo)致的另外一個(gè)結(jié)果而且是更嚴(yán)重的后果，那就是電壓和電流的波形差產(chǎn)生過多的高次諧波。大量的高次諧波反饋到主輸入線（電網(wǎng)），造成電網(wǎng)被高次諧波污染成為惡性事故的隱患。同時(shí)，這種高次諧波也會擾亂控制系統(tǒng)里的敏感低壓電路。在歐洲有專門的標(biāo)準(zhǔn)要求電源管理必須有PFC（Power factor correct）來提高電源的質(zhì)量。
　　同時(shí)作為排名2007年最值得期待的十大熱門半導(dǎo)體技術(shù)第二的數(shù)字電源無疑也是現(xiàn)在的熱門技術(shù)之一，由于數(shù)字電源具有更高的可靠性，外圍元件少，利于控制等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字電源越來越受到電源管理界的注意。
　　基于以上三個(gè)原因，我們提出了基于FPGA調(diào)光的帶PFC功能的專用數(shù)字LED驅(qū)動(dòng)這個(gè)項(xiàng)目。它將適用于路燈、景觀以及家庭和工業(yè)照明，有廣闊的應(yīng)用前景。
　　二、設(shè)計(jì)思路
　　當(dāng)電壓通過整流橋后，由H2模塊對輸入電壓波形進(jìn)行采樣；用一個(gè)Windowed ADC對輸入電流進(jìn)行采樣，然后進(jìn)行處理，使輸入電流跟隨輸入電壓的波形，這樣就達(dá)到了電流跟隨電壓波形的目的，從而實(shí)現(xiàn)PFC校正的功能。由于對LED的驅(qū)動(dòng)需要恒流，在反饋端，H1通過對電壓的取樣，達(dá)到了恒定輸出電流的目的，從而實(shí)現(xiàn)了LED恒流的專用驅(qū)動(dòng)。
　　在框圖中，電流環(huán)路和電壓環(huán)路由FPGA進(jìn)行控制，這樣會達(dá)到一個(gè)很好的控制方式。
　　
　　圖 1 整體系統(tǒng)框圖
　　三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)
　　1、電壓環(huán)路的設(shè)計(jì)
　　從圖一我們可以看見，從輸出采樣的ADC產(chǎn)生了一個(gè)通過電壓環(huán)路補(bǔ)償器的電壓誤差信號ev［n］，電壓補(bǔ)償器同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)控制信號u［n］，它和輸入端采樣進(jìn)行的半周期的電壓正弦信號Vg（t）進(jìn)行相乘，為電流環(huán)路的補(bǔ)償產(chǎn)生一個(gè)參考電流。
　　電壓控制環(huán)路應(yīng)用簡單，響應(yīng)速度很快，它由一個(gè)基于PI的一個(gè)補(bǔ)償器和一個(gè)Windowed ADC組成。其輸入輸出特性見圖2，e［n］圍繞著Vref電壓波動(dòng)，當(dāng)輸出電壓小于設(shè)定的電壓時(shí)，e［n］為正，通過電壓補(bǔ)償器，乘法器等調(diào)節(jié)輸出占空比。同樣當(dāng)輸出電壓大于設(shè)定電壓時(shí)，可以通過調(diào)節(jié)占空比將輸出電壓降低，達(dá)到了穩(wěn)定輸出電壓及電流的功能。同時(shí)為了得到更好的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，△VQ|e=0比其他的值大，為輸出確定一個(gè)可以接受的輸出紋波，當(dāng)振蕩超出其范圍的時(shí)候，e［n］就會其作用穩(wěn)定輸出電壓。