LED路燈驅動及智能調光系統設計

圖2 基于HV9931 的LED 路燈驅動電路

驅動電路如圖2 所示，為開關電源驅動方式。

主電路是一個單級單開關的非隔離恒流輸出的Buck-Boost-Buck 電路。由L1、C1、D1、D5 和Q1組成的Buck-Boost 電路是輸入級，工作于不連續導電模式; 由C1、Q1、D2、D4 及L2 組成的Buck 電路是輸出級，工作在連續導電模式下。兩級共用一個功率開關管Q1, 電容C1 對輸入級相當于負載，對輸出級相當于直流電源。系統降壓比為兩級降壓比之乘積，這樣由市電供電不需要變壓器就能實現較低的電壓輸出。開關Q1 導通時， 輸入級Buck-Boos 電流路徑： 整流電壓→D1→L1→Q1→Rs1,L1中電流線性增加， 輸出級Buck 電路電流路徑為：

C1→Q1→Rs2→LED→L2,C1 提供能量; Q1 關斷時，輸入級電流路徑： L1→C1→D5→D1,L1 中的能量轉到C1 中，由于D1 存在，L1 電流不能反向，L1 電流降為0 后電流斷續; 輸出級電流路徑： L2→D4→LED,由于參數設置不同，L2 中電流不僅不會變為0,而且波動相對比較小。

電路工作于峰值電流模式下， 振蕩器使GATE輸出高電平， 使Q1 通導通; CS1 和CS2 端子分別是HV9931 內部的兩個電壓比較器的反向輸入端，兩個比較器的同向輸入端在芯片內部接地，電路通過CS1 和CS2 端子同時檢測輸入電流和輸出電流，CS1 是輸入電流信號檢測端子，CS2 輸出電流信號檢測端子，這兩個端子只要有一個端子上的電壓比地低，GATE 端子就輸出低電平，Q1 就關斷。VDD是芯片的基準電壓輸出引腳，Rs1、Rcs1 和Rref1 可編程設定L1 中的最大峰值電流， Rs2、Rcs2 和Rref2 可編程設定輸出電流。在交流電的周期內可認為占空比和開關頻不變，故輸入電流峰值包絡線為正弦波，平均電流為正弦波，可實瑞功率因數校正。

C2 為輸入電容，用作高頻旁路，若用大電容則電路喪失功率因數校正功能。RT 對應著內部振蕩器，有兩種接法，分別設定恒定工作頻和恒定的關斷時間，圖中采用的是恒定的關斷時間的接法。PWMD 引腳為數字調光信號輸入引腳，該引腳為高電平時電路正常工作，該引腳為低電平時GATE 引腳始終輸出低電平，開關管Q1 斷，驅動電路不工作。

4 智能調光裝置

設計的系統若能根據環境光照的強弱來改變自身亮度，則會相應的節能，符合當前低碳生活的要求。環境光線最差時，設計系統調光信的PWM 占空比接近100% ( 為不致使溫度上升過高，留一定裕量) 時使LED 最亮滿足照度要求; 當環境光照變化時會根據外部光照的強弱自動改變調光信號的PWM 的占空比，使LED 相應的暗一些，但照度滿足要求; 另外，在深夜人比較少時可適當降低亮度。

實現這一要求要有一個好的光強度傳感器。光敏電阻線性度差，頻率響應低，光敏三極管靈敏度高，但溫度特性和線性度差系統設計選用TLS2561作為光電強度傳感器。TLS2561 接近人眼對亮度的反應，能直接將光強度信號轉化成數字信號輸出，有可編程中斷功能和標準的I2C 接口，能方便地與單片機相連。單片機選用微芯公司的PIC16C62.這種單片機性能穩定，帶有PWM 輸出，能方便地實現I2C 總線通信。光強度傳感器TLS2561 將光信號轉換成數字信號傳送至單片機，經單片機處理產生調光的PWM信號，調光PWM 信號送至HV9931 的PWMD 端，以實現PWM 調光。調光部分如圖3 所示。

圖3 調光系統框圖

系統還設計還考慮到的溫度的影響。LED 在相同電流下， 隨著PN 結溫度的升高光通量將降低，同時還會影響LED 使用壽命。所以系統中還加入的溫度傳感器， 溫度信號同樣送至PIC16C62 處理，也會影響到其輸出的PWM 調光信號的占空比。這個不是本設計的主要問題，不詳細敘述。

5 實驗結果

系統設計功率為72W,采用72 個1W 的高亮度LED 燈每24 個串聯后再并聯而成。輸出最大光強時設計PWM 調光信號占空比為90% ,此時測得LED中總電流平均值為932mA; LED 驅動電路工作時開關管工作頻率為100kHz,驅動電路效率為75% ,輸入電流THD 小于20% ,功率因數大于0. 9,光電轉換效率約95lm /W; 調光用PWM 信號頻率為120Hz,比不用智能調光電路時約節能9%.圖4 給出了調光PWM 占空比為50% 時LED 中的電流波形。

圖4 調光PWM 占空比為50% 時LED 中的電流波形

6 結論

本文設計的LED 路燈驅動電路采用市電供電且不用電源變壓器，驅動電路體積大為減少。驅動電路實現恒流驅動的同時帶有PFC 功能，符合當前綠色環保的要求，而且驅動電路轉換效率高，電路較新穎; 智能調光電路采用PWM 調光方式，LED 發出較純的白光，不產生色偏。智能調光電路節能效果較為顯著。設計的實際電路有較好的前景與市場，不足之處在于成本略高，但隨LED 制造工藝的不斷改進和驅動調光電路研究的不斷深入相信這個問題會得到很好的解決。