高亮度白光LED调光威廉希尔官方网站 设计分析

　　随着能源危机的到来，高效的照明技术得到人们广泛的关注。发光二极管LED（Light Emitting Ddiode）是利用半导体PN结或类似结构把电能转换成光能的器件，以其高效率、低功耗、低电压驱动、使用寿命长等优点，已在众多应用领域中得到普遍的应用，如各类消费电子产品——手机、PDA、液晶电视的背光光源等。高亮度LED是传统白炽灯的一种理想替代方案，因为前者的寿命和效率都比后者高得多，且不同于紧凑型荧光灯泡，这些LED能够在低温下工作。为提高LED照明威廉希尔官方网站 的使用性能和适用范围，本文将介绍一种具成本优势的高亮度白光LED（HBLED）调光方法。

　　对于HBLD而言，在高照度工作条件下导通电压高达3～5 V，工作电流可达0.15～3 A。LED的发光亮度与流过LED正向电流的大小基本上成正比关系，所以LED应用的关键技术之一是提供与其特性相适应的电源或驱动威廉希尔官方网站 。高亮度LED有两种基本的调光方法。第一种是PWM（脉冲宽度调制）调光方法，即在大于200 Hz的某些频率下以0％～100％的不同占空比来导通和关断LED。导通期间LED满电流工作，而关断期间LED上没有电流流过，可以保证色彩的一致性。第二种方法是控制流经LED串的电流量，这可能导致LED串的电压下降，并造成轻微的色差。不过如果观察调光器打开情况下工作的白炽灯，也会看到明显的色彩变化。

　　高亮度白光二极管一般采用恒流电源驱动。因为随着LED逐渐变热，其电压降将减小，而且若LED串由恒压电源供电的话，电源往往会持续提供过多的电流，使输出电压增大，直到电源达到电流限值或LED失效。脉宽调制方式是用较高的频率开关LED，开关频率超出人一般能够察觉的范围，给人一种LED总亮的假象，现在普遍采用脉宽调制方式调节LED的亮度，在某些应用中，调光比可达5 000：1，常用的LED驱动有降压型（Buck）、升压型（Boost）、升降压型（Buck～Boost）等3种。LM3402是一款由可控电流源衍生的降压型稳压器，输入电压范围涵盖整个汽车应用领域，内置MOS管最多可以驱动5颗LED，性价比高，且接受领域较广、线路简洁实用，是众多LED驱动IC中间的佼佼者。

　　1、系统结构

　　1.1 总体结构

　　由于单个HBLED的发光效率不能完全满足亮度要求，因此，需要用多个LED组成阵列，1个LM3402对5个高亮度发光二极管组成的串（HBLE-Ds）进行恒流驱动，接受1个微处理器P89LPC932的PWM脉宽调节控制，可实现无级调节，流过每个HBLEDs的电流约为120～350 mA。

　　1.2 人机界面

　　操作面板上有3个按钮（关闭、调亮和调暗按钮）和4个普通发光二极管指示灯。按下关闭按钮，将熄灭高亮度发光二极管串HBLEDs，再次按下此按钮，则可以回到原亮度显示状态，掉电或重启也可回到设定亮度状态；调亮和调暗按钮用于改变HBLEDs的亮度，对应4个指示灯，其中每个指示灯有亮暗2级指示，这样可以指示8挡亮度。

　　1.3 驱动威廉希尔官方网站

　　驱动威廉希尔官方网站 是整个LED调光威廉希尔官方网站 的核心，主要由1个微处理器P89LPC932和LM2402恒流稳压威廉希尔官方网站 组成。LM3402是一款由可控电流源衍生的降压型稳压器，可驱动串联的大功率、高亮度发光二极管串，可以接受范围在*2V的输入电压。当使用引脚兼容的LM3402HV时，输入电压的上限可达到75V。按照需要对转换器的输出电压进行调节，以维持通过LED阵列的恒定电流水平。只要HBLEDs的组合前馈电压不超过Vo（MAX），则威廉希尔官方网站 能保持任意数量的LED中的调节电流不变。图1为LM3402的典型应用威廉希尔官方网站 示意图，其中RSNS为电流设定电阻，平均电流IF≈0.2／RSNS，RON取值与发光二极管串中的LED数量有关，5个以上LED时可取值300KΩ，经检测，恒流标称值为250mA时（RSNS=0.8 Ω），电流波动在±10 mA以内。

　　

　　图1：LM3402的典型应用威廉希尔官方网站 示意图

　　DIM1的逻辑是直接的，因此当DIM1端口为高电平时，LM3402会输出稳定的电流；当DIM1处为低电平时，禁止任何电流输出。所以对LM340 2的DIM1端口输入PWM信号，可对LED阵列进行调光，PWM信号的最大逻辑低电平应为0.8 V，最小逻辑高电平为2.2 V。将DIM1端口悬浮或者接至逻辑高电平，一旦输入达到6 V，LM3402就开始运作。

　　将OFF端口接地，从而将LM3402置于一个低功率关机状态（典型值为90μA）。在正常工作期间，该端口应始终保持在开路状态。

　　P89LPC932是由飞利浦生产的低功耗单片微处理器，电源电压3.3 V，可低功耗运行，适合于许多要求高集成度、低成本的场合。可以满足多方面的性能要求。P89LPC932采用了高性能的处理器结构，指令执行时间只需2～4个时钟周期，6倍于标准80C51器件。P89LPC932集成了许多系统级的功能，这样可大大减少元件的数目、威廉希尔官方网站 板的面积以及系统的成本，其内部有2个定时器，可作为一个具有256个定时器时钟周期的PWM发生器使用。LED调光威廉希尔官方网站 电气原理图如图2所示。

　　

　　图2：LED调光威廉希尔官方网站 电气原理图

　　2、程序设计

　　2.1 程序结构

　　控制器程序根据3个按钮的输入状态，实现开关或亮度调节，并将亮度状态在4个指示灯上显示出来。利用微处理器自身集成的EEPROM单元，可随时保存亮度状态n（PWM占空比）。主程序流程框图如图3所示。

　　

　　图3：主程序流程框图

　　2.2 PWM发生

　　高亮度白光二极管串HBLEDs的电流主要通过对LM3402的DIM端口进行PWM调节，实际电流占设定电流值的比例取决于PWM的占空比duty cycle。如果PWM信号的频率正好落在200 Hz～20 kHz之间，白光LED驱动器周围的电感和输出电容就会产生人耳听得见的噪声，所以设计时要避免使用20 kHz以下低频段。

　　微处理器P89LPC932内部定时器TO／T1的PWM输出与计数输入和定时器触发输出占用相同的管脚，发生定时器溢出时自动触发端口输出。此功能通过AUXR1寄存器中的控制位ENT0和ENT1分别使能定时器0和1。该模式打开时，在首次定时器溢出前端口的输出为逻辑1。为了使该模式生效，必须清零C／T位以选择PCLK作为定时器的时钟源。定时器初始化设置参考程序如下：

　　

　　其中占空比duty cycle=256-TH1，定时器1的溢出将使P1.2或P0.7端口发生翻转，因此输出频率为定时器1溢出速率的1／2。

　　2.3 节能模式

　　经检测，在同等照度要求的情况下，采用LED调光控制系统的功耗较白炽灯降低90％以上，当然为进一步降低能耗，节能方法的探究仍然具有十分重要的意义。在多数时间，HBLEDs可能处于熄灭状态，若控制系统处于待机状态或掉电状态，可将功耗降低到最低；或将OFF端口接地，也可将LM3402置于一个极低的低功率关机状态。将微处理器P89LPC932的电源控制寄存器PCONA设置为0xFF时，外部功能模块掉电；将电源控制寄存器PCON设置为03H时，可将微处理器处于完全掉电状态，只有在中断触发的时候，才能唤醒，随即给外部功能模块上电，微处理器开始工作。微处理器主要通过键盘中断唤醒，键盘中断参考程序如下：

　　

　　3、结论

　　本文介绍了一种基于恒流驱动威廉希尔官方网站 LM3402的LED调光控制系统，该系统由微处理器P89LPC932 PWM控制输出电压，用户可通过按钮设定亮度。由于采用了低功耗微处理器，并应用多种节能方法，使得该调光系统的功耗极低，能够适用于多数LED照明节能改造场合，正好符合低碳经济的发展需求。随着LED发光效率的不断提高，封装技术的改进，使用寿命的不断增加，以及生产成本的降低，再加上驱动威廉希尔官方网站 性能的改善，HBLED在照明市场上的推广前景十分广阔。目前该技术已投入批量生产，取得良好的社会效益。