中心議題：

• LED調光電路的設計

解決方案：

• 白光二極管采用恒流電源驅動(dòng)
• P89LPC932采用高性能的處理器結構

• 采用LED調光控制系統

隨著(zhù)能源危機的到來(lái)，高效的照明技術(shù)得到人們廣泛的關(guān)注。發(fā)光二極管LED(Light Emitting Ddiode)是利用半導體PN結或類(lèi)似結構把電能轉換成光能的器件，以其高效率、低功耗、低電壓驅動(dòng)、使用壽命長(cháng)等優(yōu)點(diǎn)，已在眾多應用領(lǐng)域中得到普遍的應用，如各類(lèi)消費電子產(chǎn)品——手機、PDA、液晶電視的背光光源等。高亮度LED是傳統白熾燈的一種理想替代方案，因為前者的壽命和效率都比后者高得多，且不同于緊湊型熒光燈泡，這些LED能夠在低溫下工作。為提高LED照明電路的使用性能和適用范圍，本文將介紹一種具成本優(yōu)勢的高亮度白光LED(HBLED)調光方法。

對于HBLD而言，在高照度工作條件下導通電壓高達3～5V，工作電流可達0.15～3A。LED的發(fā)光亮度與流過(guò)LED正向電流的大小基本上成正比關(guān)系，所以L(fǎng)ED應用的關(guān)鍵技術(shù)之一是提供與其特性相適應的電源或驅動(dòng)電路。高亮度LED有兩種基本的調光方法。第一種是PWM(脈沖寬度調制)調光方法，即在大于200 Hz的某些頻率下以0%～100%的不同占空比來(lái)導通和關(guān)斷LED。導通期間LED滿(mǎn)電流工作，而關(guān)斷期間LED上沒(méi)有電流流過(guò)，可以保證色彩的一致性。第二種方法是控制流經(jīng)LED串的電流量，這可能導致LED串的電壓下降，并造成輕微的色差。不過(guò)如果觀(guān)察調光器打開(kāi)情況下工作的白熾燈，也會(huì )看到明顯的色彩變化。

高亮度白光二極管一般采用恒流電源驅動(dòng)。因為隨著(zhù)LED逐漸變熱，其電壓降將減小，而且若LED串由恒壓電源供電的話(huà)，電源往往會(huì )持續提供過(guò)多的電流，使輸出電壓增大，直到電源達到電流限值或LED失效。脈寬調制方式是用較高的頻率開(kāi)關(guān)LED，開(kāi)關(guān)頻率超出人一般能夠察覺(jué)的范圍，給人一種LED總亮的假象，現在普遍采用脈寬調制方式調節LED的亮度，在某些應用中，調光比可達5 000：1，常用的LED驅動(dòng)有降壓型(Buck)、升壓型(Boost)、升降壓型(Buck～Boost)等3種。LM3402是一款由可控電流源衍生的降壓型穩壓器，輸入電壓范圍涵蓋整個(gè)汽車(chē)應用領(lǐng)域，內置MOS管最多可以驅動(dòng)5顆LED，性?xún)r(jià)比高，且接受領(lǐng)域較廣、線(xiàn)路簡(jiǎn)潔實(shí)用，是眾多LED驅動(dòng)IC中間的佼佼者。

1 系統結構

1.1 總體結構

由于單個(gè)HBLED的發(fā)光效率不能完全滿(mǎn)足亮度要求，因此，需要用多個(gè)LED組成陣列，1個(gè)LM3402對5個(gè)高亮度發(fā)光二極管組成的串(HBLE-Ds)進(jìn)行恒流驅動(dòng)，接受1個(gè)微處理器P89LPC932的PWM脈寬調節控制，可實(shí)現無(wú)級調節，流過(guò)每個(gè)HBLEDs的電流約為120～350 mA。

1.2 人機界面

操作面板上有3個(gè)按鈕(關(guān)閉、調亮和調暗按鈕)和4個(gè)普通發(fā)光二極管指示燈。按下關(guān)閉按鈕，將熄滅高亮度發(fā)光二極管串HBLEDs，再次按下此按鈕，則可以回到原亮度顯示狀態(tài)，掉電或重啟也可回到設定亮度狀態(tài)；調亮和調暗按鈕用于改變HBLEDs的亮度，對應4個(gè)指示燈，其中每個(gè)指示燈有亮暗2級指示，這樣可以指示8擋亮度。

1.3 驅動(dòng)電路

驅動(dòng)電路是整個(gè)LED調光電路的核心，主要由1個(gè)微處理器P89LPC932和LM2402恒流穩壓電路組成。LM3402是一款由可控電流源衍生的降壓型穩壓器，可驅動(dòng)串聯(lián)的大功率、高亮度發(fā)光二極管串，可以接受范圍在*2V的輸入電壓。當使用引腳兼容的LM3402HV時(shí)，輸入電壓的上限可達到75V。按照需要對轉換器的輸出電壓進(jìn)行調節，以維持通過(guò)LED陣列的恒定電流水平。只要HBLEDs的組合前饋電壓不超過(guò)Vo(MAX)，則電路能保持任意數量的LED中的調節電流不變。圖1為L(cháng)M3402的典型應用電路示意圖，其中RSNS為電流設定電阻，平均電流IF≈0.2/RSNS，RON取值與發(fā)光二極管串中的LED數量有關(guān)，5個(gè)以上LED時(shí)可取值300KΩ，經(jīng)檢測，恒流標稱(chēng)值為250mA時(shí)(RSNS=0.8 Ω)，電流波動(dòng)在±10mA以?xún)取?br />
DIM1的邏輯是直接的，因此當DIM1端口為高電平時(shí)，LM3402會(huì )輸出穩定的電流；當DIM1處為低電平時(shí)，禁止任何電流輸出。所以對LM3402的DIM1端口輸入PWM信號，可對LED陣列進(jìn)行調光，PWM信號的最大邏輯低電平應為0.8V，最小邏輯高電平為2.2V。將DIM1端口懸浮或者接至邏輯高電平，一旦輸入達到6V，LM3402就開(kāi)始運作。
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將OFF端口接地，從而將LM3402置于一個(gè)低功率關(guān)機狀態(tài)(典型值為90μA)。在正常工作期間，該端口應始終保持在開(kāi)路狀態(tài)。

P89LPC932是由飛利浦生產(chǎn)的低功耗單片微處理器，電源電壓3.3V，可低功耗運行，適合于許多要求高集成度、低成本的場(chǎng)合?？梢詽M(mǎn)足多方面的性能要求。P89LPC932采用了高性能的處理器結構，指令執行時(shí)間只需2～4個(gè)時(shí)鐘周期，6倍于標準80C51器件。P89LPC932集成了許多系統級的功能，這樣可大大減少元件的數目、電路板的面積以及系統的成本，其內部有2個(gè)定時(shí)器，可作為一個(gè)具有256個(gè)定時(shí)器時(shí)鐘周期的PWM發(fā)生器使用。LED調光電路電氣原理圖如圖2所示。

2 程序設計

2.1 程序結構

控制器程序根據3個(gè)按鈕的輸入狀態(tài)，實(shí)現開(kāi)關(guān)或亮度調節，并將亮度狀態(tài)在4個(gè)指示燈上顯示出來(lái)。利用微處理器自身集成的EEPROM單元，可隨時(shí)保存亮度狀態(tài)n(PWM占空比)。主程序流程框圖如圖3所示。
2.2 PWM發(fā)生

高亮度白光二極管串HBLEDs的電流主要通過(guò)對LM3402的DIM端口進(jìn)行PWM調節，實(shí)際電流占設定電流值的比例取決于PWM的占空比duty cycle。如果PWM信號的頻率正好落在200Hz～20kHz之間，白光LED驅動(dòng)器周?chē)碾姼泻洼敵鲭娙菥蜁?huì )產(chǎn)生人耳聽(tīng)得見(jiàn)的噪聲，所以設計時(shí)要避免使用20kHz以下低頻段。

微處理器P89LPC932內部定時(shí)器TO/T1的PWM輸出與計數輸入和定時(shí)器觸發(fā)輸出占用相同的管腳，發(fā)生定時(shí)器溢出時(shí)自動(dòng)觸發(fā)端口輸出。此功能通過(guò)AUXR1寄存器中的控制位ENT0和ENT1分別使能定時(shí)器0和1。該模式打開(kāi)時(shí)，在首次定時(shí)器溢出前端口的輸出為邏輯1。為了使該模式生效，必須清零C/T位以選擇PCLK作為定時(shí)器的時(shí)鐘源。定時(shí)器初始化設置參考程序如下：
其中占空比duty cycle=256-TH1，定時(shí)器1的溢出將使P1.2或P0.7端口發(fā)生翻轉，因此輸出頻率為定時(shí)器1溢出速率的1/2。
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2.3 節能模式

經(jīng)檢測，在同等照度要求的情況下，采用LED調光控制系統的功耗較白熾燈降低90%以上，當然為進(jìn)一步降低能耗，節能方法的探究仍然具有十分重要的意義。在多數時(shí)間，HBLEDs可能處于熄滅狀態(tài)，若控制系統處于待機狀態(tài)或掉電狀態(tài)，可將功耗降低到最低；或將OFF端口接地，也可將LM3402置于一個(gè)極低的低功率關(guān)機狀態(tài)。將微處理器P89LPC932的電源控制寄存器PCONA設置為0xFF時(shí)，外部功能模塊掉電；將電源控制寄存器PCON設置為03H時(shí)，可將微處理器處于完全掉電狀態(tài)，只有在中斷觸發(fā)的時(shí)候，才能喚醒，隨即給外部功能模塊上電，微處理器開(kāi)始工作。微處理器主要通過(guò)鍵盤(pán)中斷喚醒，鍵盤(pán)中斷參考程序如下：
3 結論

本文介紹了一種基于恒流驅動(dòng)電路LM3402的LED調光控制系統，該系統由微處理器P89LPC932 PWM控制輸出電壓，用戶(hù)可通過(guò)按鈕設定亮度。由于采用了低功耗微處理器，并應用多種節能方法，使得該調光系統的功耗極低，能夠適用于多數LED照明節能改造場(chǎng)合，正好符合低碳經(jīng)濟的發(fā)展需求。隨著(zhù)LED發(fā)光效率的不斷提高，封裝技術(shù)的改進(jìn)，使用壽命的不斷增加，以及生產(chǎn)成本的降低，再加上驅動(dòng)電路性能的改善，HBLED在照明市場(chǎng)上的推廣前景十分廣闊。目前該技術(shù)已投入批量生產(chǎn)，取得良好的社會(huì )效益。