基于PIC微控制器的LED驅動控制電路設計

1 引言

　　LED作為一種供電電壓低，功耗小，壽命長，無輻射的新型光源，應用領域日益擴大，成為固態(tài)照明的關鍵光源。許多固態(tài)照明應用常采用智能控制電路系統(tǒng)來驅動LED以履行各種功能和任務，譬如為確保流經LED的電流不受供電電壓波動的影響維持恒定，從而使LED的亮度無明顯變化的亮度調節(jié)就是控制電路系統(tǒng)的任務之一。亮度調節(jié)涉及電流調整與調光控制。控制電路系統(tǒng)的另一任務是失效識別。因LED具有很強的溫度相關性，大多失效又與溫度有關，故控制電路系統(tǒng)應能履行溫度補償。此外，通過硬件選擇以適應不同亮度LED組合的驅動也極必要。一塊芯片上可集成全部必要硬件功能的PIC微控制器，由于價格低廉，時鐘頻率高達20MHz，功耗極低和工作溫度范圍寬等特點，非常適合作LED的驅動控制電路。本文即討論以PIC微控制器為控制單元設計LED驅動控制電路的一些考慮。

　　2 PIC微控制器

　　PIC即可編程中斷控制器（ProgrammableInterruptController），一類可利用電或紫外光擦除與重寫的多功能集成器件。圖1為微芯（Microchip）公司PIC微控制器典型的功能框圖。

　　采用PIC微控制器作LED驅動控制電路系統(tǒng)的核心，需要用到其中幾個完整模塊和把一些管腳設定為模擬輸入。模擬電壓通過A/D模塊轉換為數(shù)字量。被轉換的信號由軟件選定直接發(fā)送給A/D模塊。模塊的恒定基準電壓可通過輸入管腳外部施加，也可通過內部的基準電壓模塊施加。若采用后者，則PIC的電源電壓應通過電壓調控器保持恒定。控制器編程不需要許多硬件。控制器中產生可執(zhí)行匯編程序的軟件都能免費下載。PIC推薦使用處理方便和允許更改的C編譯器，程序可采用模塊化設計思路。以主程序為核心設置功能模塊子程序，簡化設計結構。運行過程中通過主程序調用各功能模塊子程序，進行循環(huán)控制即可滿足要求。

　　3 LED的配置

　　設計LED驅動電路必須考慮LED的配置。原則上，LED有三種可能配置：整個電路以電阻構成陣列連接，每個LED與電阻串聯(lián)或與電阻構成陣列連接。圖2為以每個LED一個電阻構成的LED列陣連接。圖中每個LED擁有各自的電阻，這些電阻可作調節(jié)二極管電流的基準電阻用。

　　譬如，若某個LED失效，則非串聯(lián)情況下的其余LED仍繼續(xù)運作，但由于總電流可在剩余的三條通路中分配，故失效將導致并聯(lián)二極管中的電流增多，引起亮度的不均勻分布，不過亮度的損失根本上可由與失效器件同一通路中其余LED的電流增加得到補償。

　　4 驅動器的控制功能

　　4.1 調光

　　調光是驅動器控制最基本的功能，通過調光產生不同的LED亮度等級。采用脈寬調制（PWM：pulsewidthmodulation）是解決調光的簡單辦法。PWM信號實際上就是周期切換直流電壓的通斷，故利用微處理器內置的PWM模塊即可方便設定和控制PWM信號。如果周期維持不便，亮度則可以利用脈沖的持續(xù)長度，即占空比D來調節(jié)。采用PWM信號的優(yōu)點是可以保持峰值電流恒定，從而可以防止由于峰值電流升高產生如諸如InGaN器件中波長移位之類的負作用。

　　4.2 電流調整

　　驅動器控制的第二個功能是應使LED的亮度保持不變。為保證LED亮度不變，則流經LED的電流必須恒定。這就要求各單個LED流經的電流都是確定的。為測定流經二極管的電流，每個二極管都要采用串聯(lián)電阻。通過測量電阻兩端的電壓可測出電阻流經的電流，因此便可確定流經LED的電流。電壓測量由PIC中電壓高達5V，并可與恒定基準電壓比較的A/D模塊執(zhí)行。但A/D模塊不能直接連接到串聯(lián)電阻兩端，一方面這是因為電壓的電平可能遠高于5V，另外，就是PWM信號必須首先轉換成直流信號。經過2次測量和隨后的相減會產生雙倍測量誤差。建議采用圖3所示消除雙倍測量誤差問題的電流測量電路。

　　采用該電路時，凡正輸入電壓與U1相接，負輸入電壓與U2相接。圖中U1和U2信號由RC元件轉換成直流信號再與運放連接。運放可利用各種電阻配置成減法器。就該電路而言，U1的直流電壓將從U2減去，A/D模塊測得的就是其差。這能使控制器對電流的變化做出反應。由于運算放大器具有非常高的輸入阻抗，故系統(tǒng)不會受測量電路影響。