大功率LED照明驱动以及智能调光的电路的研究设计

大功率LED照明驱动以及智能调光的电路的研究设计

顺德职业技术学院 韦子愈

【摘要】LED灯作为高效优质照明光源，能提供更环保、更节能、高效照明品质，发展前景广阔。本文通过分析LED灯结构特点、驱动要求及调光方式，分析了SMD802PWM控制器的驱动电路设计，最后阐述了大功率LED照明智能调光电路。【关键词】LED照明驱动；智能调光；电路

LED照明使用安全可靠，环保无污染，且维护相当方便，业界专家认为此项技术将成为未来照明的主流。LED属于非线性器件，导通过后只需稍微改变一下电压就能增加很多电流，所以微小的电压反应也会极大的影响LED工作情况，如电流过大极易发热损坏。LED驱动的最佳方式是采用恒流源驱动，这样电流不会受到LED参数离散性、环境温度、电压的影响，确保电流一直处于恒定状态，可以将LED的优良特性一一表现出来。驱动电路具备较高的功率、效率因数，将较小的谐波电流注入电网，可以有效减轻电网供电质量产生的影响，而且体积小、成本低、重量轻。LED照明中不可或缺的一部分就是智能化调光部分，它是LED照明驱动器发展的趋势。

一、LED灯结构特点

LED灯主要由配光系统、散热系统、驱动电源和机械、防护结构几部分组成

[1]

二、LED照明的驱动要求、特性和调光方式

理论上LED的照明光效为300lm/W，不过目前市场化水平仅达到了120lm/W，其导通电压大约为3.0-4.3V，以PN结为核心，当LED上加载的电压比导通电压小时，LED上基本上不会有电流通过，导通LED之后，依据正向电压指数变化规律，正向电流会产生相应的改变，即便是很小的电压也会引发极大电流变化。如导通区电压由80%的额定值变为100%，电流怎会发生相应的变化，从0%的额定值变为100%

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也会将亮度随之改变，因此有两种相应的LED调光方式。其一，对LED中电流大小尽享连续调节，也称模拟调光；其二，将流过LED的电流时间和关断时间比改变，LED中通过的是恒定的电流，将其关断后流经LED的电流为零，称为PWM调光[4]。PWM调光的原理是以人眼无法察觉的频率将LED进行快速开关，开关帧≥100Hz。不管是模拟调光还是PWM调光，只要流经LED平均电流相同，效果没有差别。在某特定大小电流通过LED时，会产生纯白光，电流值偏离后会逐渐发生色偏。需注意的是提供长情况下LED相应时间很短，一般在几纳秒至几十纳秒之间，特别适合应用在开关频繁场合[5]。因此采用PWM调光方式最好，还利于散热。

三、LED照明的驱动电路设计LED属于非线性器件，导通之后电压细微变化就会增加较大的电流，影响LED器件工作质量，甚至引发发热损坏，采用恒流源驱动是最佳驱动方式[6]。SMD802属于PWM控制器，能够组成固定开关频率的恒流LED驱动电路。IC可直接450V直流电压，电路简单，极少的外围元器件，生产成本较低，可实现＞90%的转换率；能满足不同负载要求，对于多个串联大功率IED同样适用；用户可设定开关频率，范定时器使用例子，此装置最大特点就是可以应用于缺少电源的农村地区使用，二节5号电池可以使用约一年，今后可以作为电子爱好者制做产品时的参考。

参考文献

[1]李四光.地震地质[M].科学出版社,1973.[2]蒋敏.声光指示电子指南针[J].电子世界.

[3]蒋敏.利用空间电场和大地磁场变化设计的地震临震预报器[J].科技与企业.2012:306-308.

[4]蒋敏.低功耗长时效大地磁场偏移检测器(地震临震预报器)[J].电子世界,2012.

。LED的相对光通量与正向电流IF

之间的关系如图1所示。如图两者之间是正比关系，对LED正向电流实施控制就能够调整发光亮度。当LED以恒压源进行驱动时，小电压也能引发大电流变化，所以仅适用小功率范围，而大功率、高要求状况下均采用恒流驱动。LED的发光亮度会伴随工作时间的长短而改变，工作时间长，亮度减弱，电流增加，光效减少，因此亮度和驱动电流为饱和关系。当电流达到70%-80%之后，会转化成热能，这是最适宜的驱动电流。恒压驱动及PWM调光时电流最大≤3倍最小电流，超过这个范围会降低LED使用寿命。目前市场上LED单个功率多为＜10W。另外，将LED电流改变时接收LED与指南针配合使用的报警器。

4、小结

本文又提出了电路设计方案，虽然简单但很实用，希望在地震预测中保护人的生命和财产。可以预见如果能成功找到震前异常电磁场与电磁波的报警的方法，再形成一个全球综合监测系统，必将推进震前临震预报器科学研究和地震预测的产生与发展。在实验电路制做过程中利用市场上低价的挂钟表机芯钟表制做各类定时器，具有定时准确、能耗小、时间调节范围大、绿色环保等优点，本文中举了配合

[3]

。配光系统包括发光源（LED灯板）、

均光罩（灯壳）；散热系统包括内外散热器、导热板等；驱动电源输入的是市电交流电，包括线性恒流源和高频恒流源；机械、防护结构包括散热器、绝缘套、均光罩等。LED灯壳分为多头组合式、分裂式和整体式等多种形式。

受范围外信号：F1=1kHz；接受范围内信号：F2=250Hz。

3、定时器电路

定时器的制做方法，在挂钟表机芯指针上放置钕铁硼(Nd-Fe-B)强力磁铁，驱动干簧管工作是利用钟表机芯制做各类定时器研究的关键，经过试制单在指针上放置与搭配成各种定时电路已经成功安装在电子指南针和普通指南针结合制成的大地磁场偏移检测器（地震临震预报器）。其中T晶体管与干簧管配合替代测试按钮K1、K2，定时发射控制器电路如图3，图4是定

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围25kHz-300kHz；适用模拟调光和PWM调光，内部设有过载保护、欠压锁存保护，确保工作温度可是控制在40℃-80℃。

1.工作原理

图2表示SMD802内部结构、外围元器件电路。电压输入之后可直接到达VIN端，主要的内部结构组成部分有：7.5V线性稳压器、振荡器、电压比较器（2个）、250mV基准电压、RS触发器、消隐电路等组成；主要的外界元器件为：ROSC（确定振荡器频率）、采样电阻RCS、续流二极管D1、开关管Q1、电感L1、稳压器外接电容CDD等。如VDD电压＞VLO，输出为高电平，通过对外部功率峰值电流进行限制实施工作。因外部电流采样电阻串联功率MOSFET源极，所以电压消除电路会将信息反馈至CS脚，一旦CS脚电压比设定的阈值电压大，会自动结束GATE驱动信号，断开功率管。通常内部设定峰值电流阈值电压为250mV，软启动将电容（1个）连接在LD脚

图1 LED相对光通量和正向电流关系

图2 SMD802内部结构图

图3 SMD802典型应用电路

图4 利用PWM信号控制LED亮度的驱动电路

上，电压会依据设定的期望速率上升，保证输出电流逐渐上升。

2.驱动电路设计

SMD802应用电路如图3所示。(1)设定工作频率。外部电阻ROSC基于25kHz-300kHz范围内进行振荡器工作频率设定。即：fOSC=25000/(ROSC[kΩ]+22)[kHz]。我们设定50kHz为SMD802的工作频率，可计算得出ROSC的值为470kΩ，即：ROSC=25000/fOSC[kHz]-22=478kΩ，取ROSC值470kΩ。

(2)电感设计。SMD802典型应用电路中，设置的纹波电流为30%的正常LED电流(正常电流ILED=350mA)正常电压VLED=66V。整流后正常输入电压VIN=311V，开关占空比D为0.212(D=VLED/VIN)。开关频率fOSC是50kHz，功率通导时间TON为4.24us(TON=D/fOSC)。电感L≥9.9mH，即L≥(VIN-VLED)×TON/0.3ILED。其中VIN是整流后10%变化电压，ton代表的是开关管导通时间，电感L1=10mH，则饱和电流=1A。

(3)续流二极管D1选型。续流二极管选用MUR160。其额定电流=1A，耐压为600V。续流二极管D1选型时最好选用反向恢复时间较短的。

(4)N沟道MOS管的选型。依据VDSS= 1.25Vin=389V，电流＞3倍ILED原则，选用

4N60（额定电流=4A，耐压为600V）的MOS管。

(5)计算采样电阻。Rcs=0.25/(ILED+0.5 ×0.2ILED)=0.649Ω。所以Rcs=0.65Ω。

四、LED照明的智能调光应用方式大功率LED照明适宜采用电流If幅值不变（LED工作电流），仅仅改变If，对电流脉冲单位时间内宽度进行调整实现智能调光，不用改变光谱，不会产生白光偏色。一般采用以下方式[7]：

1.频率调制方式

保持矩形脉冲电流宽度不变，仅仅将单位时间内LED上的矩形脉冲电流个数改变，促使平均电流发生较大范围变化，实现大范围的LED亮度调节。

2.脉宽调制方式

这是一种常见的LED亮度调节方式，把LED上的矩形脉冲电流宽度改变，促使平均电流发生较大范围变化，实现大范围的LED亮度调节。

3.位角调制方式

利用一串二进制序列脉冲，依照位

值比例对每一位序列脉冲宽度进行延展，将单位时间内在LED上所占的位值延伸宽度进行改变，促使平均电流发生较大范围变化，实现大范围的LED亮度调节。

图4表示的是应用PWM信号进行LED亮度控制的电路。IC的EN端子可以实现开关变换器开/关运行，在此基础上施加PWM信号，能实现LED以某种速率进行开/关，获得调节LED亮度功能。利用A/D转换器可以将Tr1的输出信号转化成数字信号，计算出LED平均电流ILED(avg)。计算公式为：

ILED(avg)=ILED(avg)SDUTY

100

式中ILED(avg)表示开关变换器输出电流；SDUTY表示PWM信号所占的空因子(%)。

五、总结

大功率LED照明驱动及智能调光电路的设计需要注意以下问题：(1)电源的可靠性应高，需具备高功率因数，采用较高电源效率，可减小耗损功率，降低灯具温升；(2)设置浪涌保护电路，由于LED抗浪涌能力较弱，电路设计时应格外注意；(3)电源应具备防水、防潮、符合电磁兼容要求、外壳耐高低温能力强、使用寿命适配LED使用寿命等。希望通过本次研究，实现LED照明的广泛应用，LED产业健康发展奠定基础。

参考文献

[1]杨光.LED灯的结构特点及应用[J].灯与照明, 2012. 36(3):27-32.

[2]张波,曹丰文,汪义旺.LED路灯驱动级智能调光系统的研究与设计[J].照明工程学报,2011.22(4):71-75.[3]覃雪玲,何志毅,何宁.大功率ＬＥＤ效率特性分析与驱动方案设计[J].液晶与显示,2012.27(3):371-377.[4]熊春宇,成宝芝.高效连续调光LED照明电路设计[J].大庆师范学院学报,2011.31(6):10-13.

[5]邱云峰,尹杰,刘桥,王义.大功率LED高频驱动电路设计[J].灯与照明,2010.34(3):24-27.

[6]骆祖国,陈渊睿.高效LED照明驱动及智能调光电路设计[J].微处理机,2011(2):84-87.

[7]公文礼.大功率LED灯具电源驱动的分析与研究[J].灯与照明,2009.33(4):29-32,53.

作者简介：韦子愈（1984—），男，瑶族，广东清远人，2010年毕业于广东工业大学国际经济与贸易专业，电子助理工程师，现供职于顺德职业技术学院，研究方向：大功率电子控制。

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