LED驅(qū)動(dòng)電源控制系統(tǒng)研究

鄭州航空工業(yè)管理學(xué)院機(jī)電工程學(xué)院 陳建威 李 玲

1 引言

近些年來，隨著中國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展,環(huán)境問題越來越嚴(yán)峻，尋找高效、節(jié)能、環(huán)保的能源刻不容緩。我國大部分的用電量都是用在照明用電上了。而LED作為高效能照明產(chǎn)品，各個(gè)國家對(duì)其的研究都非常重視。我國的相關(guān)學(xué)者、專家對(duì)LED的研究也在不斷的深入。本論文的研究主要方面在LED驅(qū)動(dòng)電源[1]，它對(duì)燈的壽命和性能起著決定性作用。如果能突破驅(qū)動(dòng)電源的困難，LED照明研究將迎來另外一番天地。將會(huì)對(duì)這個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展有著極大的推動(dòng)作用，也將在環(huán)保領(lǐng)域以及經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域帶來不可估量的效益。在高端技術(shù)領(lǐng)域，我國并沒有掌握關(guān)鍵技術(shù)，還依靠外國。對(duì)于LED芯片設(shè)備市場(chǎng)巨大，國家大力支持LED照明產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，也非常注重這方面人才的培養(yǎng)[2]。

作為節(jié)能環(huán)保的LED照明，順應(yīng)時(shí)代需求應(yīng)用而生。和以前的白熾燈相比較它更加高效，亮度更高。得到環(huán)保人士的高度好評(píng)，國家也是出臺(tái)相關(guān)政策支持環(huán)保產(chǎn)品開發(fā)。發(fā)光二極管的應(yīng)用前景廣闊，LED產(chǎn)業(yè)潛力巨大。如果能夠設(shè)計(jì)好LED驅(qū)動(dòng)電源，將會(huì)極大提高LED照明的效率。眾所周知，通常用電的電壓一般都是220V左右，而發(fā)光二極管的正常工作電壓是0-10V的恒流電壓源。所以，很多研究單位也在積極創(chuàng)新，克難攻關(guān)，投入大量人力物力對(duì)其驅(qū)動(dòng)電源的研究。由于LED產(chǎn)品的高效節(jié)能，很多人士對(duì)LED市場(chǎng)持樂觀態(tài)度。

2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

LED照明在日常生活中逐漸的普及，然而我國在并沒有自己的關(guān)鍵技術(shù)，本文以C51系列單片機(jī)為控制核心[3]。系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案如圖1所示。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

3.1 整流濾波模塊

我們學(xué)過二極管的知識(shí)，所以根據(jù)它可以用來整流濾波。其電路如圖2所示。

圖1 總體設(shè)計(jì)方案圖

圖2 濾波整流電路圖

3.2 功率因數(shù)校正模塊

此模塊部分的設(shè)計(jì)主要是用來校正功率因數(shù)以防止諧波干擾。設(shè)計(jì)中選用了一種電流型控制器的功率因數(shù)校正芯片[4]。設(shè)計(jì)的原理圖如圖3所示。

圖3 功率因數(shù)校正模塊原理圖

圖4 模數(shù)轉(zhuǎn)換采樣電路

3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換采樣電路設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的數(shù)模轉(zhuǎn)換采樣電路如圖4所示。

4 軟件設(shè)計(jì)

論文的這部分主要介紹LED驅(qū)動(dòng)電源的軟件部分設(shè)計(jì)以及相關(guān)程序[5]，程序用C語言在編寫平臺(tái)上編寫，然后再編譯并寫入單片機(jī)中。LED驅(qū)動(dòng)電源的軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

圖5 驅(qū)動(dòng)電源軟件流程圖

從流程圖可知，開始時(shí)程序先對(duì)按鍵模塊、定時(shí)器初始化，然后產(chǎn)生PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)，通過AD周期采樣將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并且與輸出電壓保護(hù)值、輸出電流保護(hù)值大小比較。根據(jù)輸入值與設(shè)定值大小的比較，來判斷PWM 驅(qū)動(dòng)信號(hào)的開關(guān)。再進(jìn)一步與輸出電壓設(shè)定值比較以增大或減小PWM脈寬信號(hào)，實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)循環(huán)，使LED驅(qū)動(dòng)電源保持穩(wěn)定。

5 結(jié)論

論文通過對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)研究，了解了嵌入式產(chǎn)品開發(fā)的流程，單片機(jī)與LED的結(jié)合，使LED的性能大大提升。在對(duì)LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)的過程中，整體框架的構(gòu)建，硬件電路設(shè)計(jì)、軟件程序的編寫、相關(guān)器件的選取，都是經(jīng)過縝密的思考與計(jì)算。相關(guān)器件選擇符合參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，總體設(shè)計(jì)滿足論文要求。選取好相關(guān)器件，在硬件電路設(shè)計(jì)上，本論文設(shè)計(jì)了整流濾波模塊、功率因數(shù)校正模塊、功率管開關(guān)模塊。在軟件設(shè)計(jì)上，各個(gè)模塊通過單片機(jī)的控制協(xié)調(diào)以及反饋系統(tǒng)的調(diào)節(jié)，整體達(dá)到設(shè)計(jì)結(jié)果。LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)合理，使LED性能大大提升。

[1]Steve Winder.LED驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)[M].人民郵電出版社,2009.

[2]沙占友,龐志峰.開關(guān)電源外圍元器件選擇與檢測(cè)[M].北京:中國電力出版社(第一版),2009.

[3]劉文濤.MCS-51單片機(jī)培訓(xùn)教程[M].北京:電子工業(yè)出版社(第一版),2005.

[4]周志敏,紀(jì)愛華.開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)LED電路設(shè)計(jì)實(shí)例[M].北京:電子工業(yè)出版社(第一版),2012.

[5]王鐳.基于C51系列單片機(jī)LED驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)[D].西安電子科技大學(xué),2015.