LED路燈驅動及智能調(diào)光系統(tǒng)設計

圖2 基于HV9931 的LED 路燈驅動電路

驅動電路如圖2 所示，為開關電源驅動方式。

主電路是一個單級單開關的非隔離恒流輸出的Buck-Boost-Buck 電路。由L1、C1、D1、D5 和Q1組成的Buck-Boost 電路是輸入級，工作于不連續(xù)導電模式; 由C1、Q1、D2、D4 及L2 組成的Buck 電路是輸出級，工作在連續(xù)導電模式下。兩級共用一個功率開關管Q1, 電容C1 對輸入級相當于負載，對輸出級相當于直流電源。系統(tǒng)降壓比為兩級降壓比之乘積，這樣由市電供電不需要變壓器就能實現(xiàn)較低的電壓輸出。開關Q1 導通時， 輸入級Buck-Boos 電流路徑： 整流電壓→D1→L1→Q1→Rs1,L1中電流線性增加， 輸出級Buck 電路電流路徑為：

C1→Q1→Rs2→LED→L2,C1 提供能量; Q1 關斷時，輸入級電流路徑： L1→C1→D5→D1,L1 中的能量轉到C1 中，由于D1 存在，L1 電流不能反向，L1 電流降為0 后電流斷續(xù); 輸出級電流路徑： L2→D4→LED,由于參數(shù)設置不同，L2 中電流不僅不會變?yōu)?,而且波動相對比較小。

電路工作于峰值電流模式下， 振蕩器使GATE輸出高電平， 使Q1 通導通; CS1 和CS2 端子分別是HV9931 內(nèi)部的兩個電壓比較器的反向輸入端，兩個比較器的同向輸入端在芯片內(nèi)部接地，電路通過CS1 和CS2 端子同時檢測輸入電流和輸出電流，CS1 是輸入電流信號檢測端子，CS2 輸出電流信號檢測端子，這兩個端子只要有一個端子上的電壓比地低，GATE 端子就輸出低電平，Q1 就關斷。VDD是芯片的基準電壓輸出引腳，Rs1、Rcs1 和Rref1 可編程設定L1 中的最大峰值電流， Rs2、Rcs2 和Rref2 可編程設定輸出電流。在交流電的周期內(nèi)可認為占空比和開關頻不變，故輸入電流峰值包絡線為正弦波，平均電流為正弦波，可實瑞功率因數(shù)校正。

C2 為輸入電容，用作高頻旁路，若用大電容則電路喪失功率因數(shù)校正功能。RT 對應著內(nèi)部振蕩器，有兩種接法，分別設定恒定工作頻和恒定的關斷時間，圖中采用的是恒定的關斷時間的接法。PWMD 引腳為數(shù)字調(diào)光信號輸入引腳，該引腳為高電平時電路正常工作，該引腳為低電平時GATE 引腳始終輸出低電平，開關管Q1 斷，驅動電路不工作。

4 智能調(diào)光裝置

設計的系統(tǒng)若能根據(jù)環(huán)境光照的強弱來改變自身亮度，則會相應的節(jié)能，符合當前低碳生活的要求。環(huán)境光線最差時，設計系統(tǒng)調(diào)光信的PWM 占空比接近100% ( 為不致使溫度上升過高，留一定裕量) 時使LED 最亮滿足照度要求; 當環(huán)境光照變化時會根據(jù)外部光照的強弱自動改變調(diào)光信號的PWM 的占空比，使LED 相應的暗一些，但照度滿足要求; 另外，在深夜人比較少時可適當降低亮度。

實現(xiàn)這一要求要有一個好的光強度傳感器。光敏電阻線性度差，頻率響應低，光敏三極管靈敏度高，但溫度特性和線性度差系統(tǒng)設計選用TLS2561作為光電強度傳感器。TLS2561 接近人眼對亮度的反應，能直接將光強度信號轉化成數(shù)字信號輸出，有可編程中斷功能和標準的I2C 接口，能方便地與單片機相連。單片機選用微芯公司的PIC16C62.這種單片機性能穩(wěn)定，帶有PWM 輸出，能方便地實現(xiàn)I2C 總線通信。光強度傳感器TLS2561 將光信號轉換成數(shù)字信號傳送至單片機，經(jīng)單片機處理產(chǎn)生調(diào)光的PWM信號，調(diào)光PWM 信號送至HV9931 的PWMD 端，以實現(xiàn)PWM 調(diào)光。調(diào)光部分如圖3 所示。

圖3 調(diào)光系統(tǒng)框圖

系統(tǒng)還設計還考慮到的溫度的影響。LED 在相同電流下， 隨著PN 結溫度的升高光通量將降低，同時還會影響LED 使用壽命。所以系統(tǒng)中還加入的溫度傳感器， 溫度信號同樣送至PIC16C62 處理，也會影響到其輸出的PWM 調(diào)光信號的占空比。這個不是本設計的主要問題，不詳細敘述。

5 實驗結果

系統(tǒng)設計功率為72W,采用72 個1W 的高亮度LED 燈每24 個串聯(lián)后再并聯(lián)而成。輸出最大光強時設計PWM 調(diào)光信號占空比為90% ,此時測得LED中總電流平均值為932mA; LED 驅動電路工作時開關管工作頻率為100kHz,驅動電路效率為75% ,輸入電流THD 小于20% ,功率因數(shù)大于0. 9,光電轉換效率約95lm /W; 調(diào)光用PWM 信號頻率為120Hz,比不用智能調(diào)光電路時約節(jié)能9%.圖4 給出了調(diào)光PWM 占空比為50% 時LED 中的電流波形。

圖4 調(diào)光PWM 占空比為50% 時LED 中的電流波形

6 結論

本文設計的LED 路燈驅動電路采用市電供電且不用電源變壓器，驅動電路體積大為減少。驅動電路實現(xiàn)恒流驅動的同時帶有PFC 功能，符合當前綠色環(huán)保的要求，而且驅動電路轉換效率高，電路較新穎; 智能調(diào)光電路采用PWM 調(diào)光方式，LED 發(fā)出較純的白光，不產(chǎn)生色偏。智能調(diào)光電路節(jié)能效果較為顯著。設計的實際電路有較好的前景與市場，不足之處在于成本略高，但隨LED 制造工藝的不斷改進和驅動調(diào)光電路研究的不斷深入相信這個問題會得到很好的解決。