照明LED恒流源驱动设计研究

摘 要：当前，LED的小功率照明已经初具规模，但其在现有照明系统中存在一个值得人们研究的不足，即：其驱动方式上的不足；对此，本文设计了一种高效的led恒流源驱动系统。

关键词：LED；直流恒流系统；D/A

中图分类号：TN312.8 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2014） 04-0000-01

作为第三代照明光源，LED具有很多其他光源无法比拟的优点：工作电压低、耗电量小、发光效率高等。LED属于非线性器件，当其导通时，其上的电压即是发生很小的变化，都可能会将LED器件烧坏；可见，LED的工作特性很大程度上依赖于供电电源的质量。设计一款性能稳定的高质量工作电源对于LED而言具有重要的现实意义。而供电电源的稳定性主要是由驱动电路决定的，最佳的驱动方式为恒流源驱动，因为在这种驱动方式下，LED上的电流不会受到电压和外界环境的影响。本文针对照明LED恒流源驱动方式上的不足，设计了一种高效的LED恒流源驱动系统。

一、系统方案选择

在系统方案的选择上，首先是核心控制器的选择。在本文设计的系统中，采用了STC系列单片机STC89C52作为核心控制器；它带有8K字节的能够实现闪烁的8位微处理器[1]；这种处理器可以擦除只读存储器中的内容，能够和MCS-51指令集以及输出管脚相兼容。它属于高效微控制器。其次，是时钟功能模块的选择，共有三种可行方案：（1）使用DS1302时钟芯片。它具有体积小、引脚少、方便操作的优点；主要不足在于：在使用过程中，需要外接备份电池以及外部晶振，具有十分复杂的硬件线路，投资较高；（2）使用DS12C887时钟芯片。其体积较大，将可充电锂电池集成在其内部；同时，标准晶振也被集成在其内部，能够保证时间的连续性，便于使用，但是价格较高；（3）使用单片机的定时器设计时钟。在1602液晶上可以显示时间，并且该时间可以通过独立的键盘进行调节；其成本较低，无需外电路和其他芯片；但是程序比较复杂。作者经过综合比较之后，选择第三种方案作为时钟功能模块。接着是恒流源模块的选择。有两种方案可供选择：（1）通过单片机产生相应的PWM信号，经过达林顿管后进行滤波，实现恒流源的功能。这种方式可以实现硬件电路的简化，有利于控制及调节，但是其精度难以得到保障。（2）利用运算V/I转换电路实现恒流源功能。这种方式能够避免晶体管恒流电流易于受到工艺参数干扰的问题，它可以实现0-5V/0～500mA的电压和电流转换，并且具有较高的转换精度。经过对比论证后，本文最终选择第二方案。最后是D/A转换器的选择，本文采用了较为普遍的8位D/A转换器DAC0832[2]，其转换时间为1秒钟，工作电压为+5V～+15 V；能够与微处理器的接口相兼容。

二、硬件设计

（一）电源电路

如图1所示，利用LM7812和LM7912提供对称的稳压输出，以供运算放大器使用，之后经过LM7805稳压，得到5V输出，最终供单片机使用。

（二）LED驱动电路

图2给出了LED的驱动电路图，它能够实现电流和电压的转换。运算放大器U1A构成比较器；运算放大器U1C构成电压跟随器，共同构成反馈电流，反馈信号与输入信号进行比较之后可以得到输出电压。对UIB的电压进行控制可以实现Q1的输出电流的改变；在反馈的作用下，可以实现对输入电压的跟踪。

三、软件设计

就系统软件而言，其主要任务是实现D/A的转换，实现步进加减、进行键盘扫描和液晶显示等。为了将这些分散的任务组织起来，在本文所设计的系统中，采用了前后台的结构。在主程序中，包括有：键盘扫描和液晶显示功能；而D/A转换由于需要定周期运行，将其放置在时基中断服务子程序中[4]，他能够保证关键任务的及时执行。整个系统采用了看门狗技术，一旦系统出现死循环，看门狗会将单片机复位，从而重新回到有序的工作状态。

就主程序而言，当系统上电复位后，首先是主程序完成系统的初始化，包括：I/O口、中断系统以及定时器/计数器[4]。当系统的初始化完成之后，中断被打开，进入到键盘扫描程序，键值被获取之后会依据设定的预置值，经过LCD的显示，最终输出电流值以及时间等。其次是D/A转换程序，就转换器DAC0832而言，其接口形式为并行接口；所以，在进行DAC0832操作时，应该考虑时序的问题，最后是时钟程序。

四、结束语

本文针对照明LED恒流源驱动方式上的不足，设计了一种高效的LED恒流源驱动系统。该系统采用了STC89C52单片机实施控制，对主电路的输出电流进行调整，通过液晶进行显示，最终实现了恒流源供电。整个驱动电路的组成包括：运算电路、转换电路；它们共同构成电流闭环反馈控制系统，依据运算电压和电流，转换电路也构成了电流闭环系统。实践表明，该系统的恒流特性较好，实现了输出电流的可调性。

参考文献：

[1]张迎新.单片机原理及应用[M].北京：电子工业出版社，2009：40-41.

[2]郭天祥.51单片机C语言教程[M].北京：电子工业出版社，2009：l17-123.