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探究可靠性最高的LED路灯电源设计
中心议题：探究可靠性最高的LED路灯电源设计对比几种方式的LED电源设计方案解决方案：采用恒压电源选择常规36V工业级恒压电源
一台LED路灯，点亮40颗1W的LED，就拿这个做比例，例出几种方案，以比较优势。

第一种方式，

非隔离降压驱动，一串恒流，此种方式最大的好处是效率最高，40颗串起来，350MA恒流，但可靠性就不怎样，因为非隔离电路都有这种弱点，虽然效率高，效率高的原因也是因为电网中很大一部分能量是直接加在LED上，而电源的作用，只是将一部分能量暂时储存，然后适当的时候再释放，所以电网中的干扰什么的，很容易加在LED上，而LED是一种非线性的负载，当电流稳定的时候，电压是在一定值上，这个电压一般是3。3V左右，当电网里有一个瞬间高压过来时，一般该叫它浪涌电压时，因为LED负载是串在300V滤波电解之中的，所以过来的高压会直接加到LED两端，此时因为LED的这种特性，瞬间会有很大的电流流过，相当于短路了一样，瞬间就会击坏恒流电源的检测部分，甚至恒流源的芯片。所以现在降压电路很多都会击坏开关管，尤其是用9910的，很多人都说，实际上，降压电源驱动LED都有这样的缺限，所以非隔离电路，虽然效率高，成本低，但也只能用于便宜的场合，那种消费品场合，能承担的了坏的风险的场合。所以这种方式虽然效率最高，但是绝对是第一个被PASS的。

第二种，

隔离方式的，高压恒流源，此种方式稍好，但效率会低于非隔离的，不过最主要一点，还是输出电压过高，电压太高了，问题总有一点，象电源这部分，短路就很容易炸坏，而且其抗输入浪涌性能，相对也还是要差一些。事实证明，高压输出的LED驱动电源，却实没有低压输出的LED电源的可靠性要高，但低压输出的LED电源，虽然可靠性上去了，但效率就下来了。可靠性和效率是矛盾的，只能选择一个平衡点。

正因为高压的不行，所以就想到了低压的，但低压的就必段分路数，于是就有了第三种，先恒压，再分路恒流，此种的可靠性当然是比上两种要好，但效率当然更低。不过路灯的风险太大，首先当然还是可靠性得高，效率其次一点就好。

但事实上，这种方式并不是最好，完全有画蛇添足之嫌。错就错在后级还要恒流上面。就比如，这四十颗LED，你想怎么搞呢，先把电压降到50V，然后再做四路恒流流，每路十颗。增加成本我们先不说，抛开，就先讲效率，一般DC/DC，350MA的，也就90%，对吧，如果用一个恒压电源，十颗电压也就约33V，然后再搞一个5R的电阻，电压值不过就是2V不到，精确的设定电压，让电流达到350MA左右，这样，效率不会比那样DC/DC低吧。再讲可靠性，一个电阻，只要功率够大，绝对比你那一个电路的可靠性高的多吧。还有，LED驱动电路，最怕输入级的浪涌电压，直接加进一个电阻，对抑止浪涌是有好处的，否则浪涌传导到DC恒流部分，损坏DC部分的可能性也会加大。其实，先恒压，后恒流，分成几串，根本没什么必要，不如直接恒压，电阻限流，更方便，效率也不会低，更可靠。

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00总结：

上面那些，只是从原理论述，再看一下，现在电源的实际情况。这个基本不用讲，也就是因为LED，所以很多人开始研究，制作恒流电源，但总的说来，现在这些恒流源，无论是非隔离的，隔离的，高压的，还是低压的，其技术成熟度，还是应用经验的丰富上，都远远比不上恒压电源。尤其是常规的恒压电源中，要可靠性高，你完全可以去选用那些工业电源，就用36V工业级电源，拣那好牌子的用，就用名纬的或是什么的，要想找认证，什么认证的都有，UL的都有。你现在看到的恒流电源，哪个有什么认证的?这一点是非常重要的，常规恒压电源成熟，恒流电源不成熟。

所以，无论从原理上分析，还是实际开关电源行业的现状来讲，兼顾可靠性和效率，可以说，可靠性最好，实际可行性最高，最好的的LED路灯驱动电源就是: 常规36V工业级恒压电源!
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LED产业发展如火如荼中国LED展登陆上海

发布会嘉宾及参会代表

上海照明电器行业协会会长陆泽明简介上海LED照明发展现状

中国光学光电子行业协会LED显示应用分会秘书长陆荣庆讲解LED显示屏十二五规划
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中国电子器材总公司副总经理陈雯海就“中国LED展”及同期活动进行介绍

现场媒体提问

现场观众提问
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作为全球瞩目的新一代环保光源，LED以其高亮度、低热量、长寿命等优点，在显示、照明、背光等领域有着广泛的应用。据统计，2010年底我国LED产业规模已达1000亿元，随着技术的不断成熟和发展，LED的应用的范围逐渐的扩大，从LED照明灯、建筑景观、显示屏逐渐向手机、电脑笔记本等方面逐渐扩展，产业涉及的模式也在逐渐的扩大，根据相关预测，2015年我国LED产业规模将达到5000亿元。

为此，中国LED展主办方——中国电子器材总公司9月20日于上海卓美亚喜玛拉雅大酒店特举办2011 中国LED产业趋势暨“2011中国LED展•上海”发布会。上海照明电器行业协会会长陆泽明、副秘书长俞黎明、中国光学光电子行业协会LED显示应用分会秘书长陆荣庆、以及中国电子器材总公司副总经理陈雯海、照明快车网总经理徐贤晓等领导和专家出席新闻发布会，并就中国LED产业发展的热点问题回答了记者的提问。

展会共同主办单位中国光学光电子行业协会LED显示应用分会秘书长陆荣庆和上海照明电器行业协会会长陆泽明都对中国LED产业的发展充满信心，他们表示，显示和照明是未来LED应用的两个重要方面，今年是我国 “十二五”规划的开局之年，LED产业的“十二五”规划也将出台，LED产业作为战略性新兴产业中重要部分，政府的扶持将会为LED产业的发展创造良好的政策环境。在市场应用领域不断扩大、企业创新能力进一步提升和产业链上下游共同努力推动等有利条件下，中国LED产业的发展空间巨大。

中国电子器材总公司副总经理陈雯海介绍了中国LED展的相关情况。他指出，中国LED展今年4月在深圳成功举办以来，得到广大厂商和产业界的广泛认同，今年11月份将移师上海，目前已经有一批产业链企业积极参加了展会报名，为中国LED产业在华东搭建一个良好的沟通交流平台。

据了解，相对于其他国内相关展会，中国LED展主要有以下优势：

一、中国LED展是目前国内唯一LED全产业链的展示平台。
当前很多展会都涉及到LED的内容，但是真正让从事LED产业链不同环节的人士在同一平台进行沟通交流的平台目前只此一家。中国LED展的参展商从原材料、外延片、芯片、LED支架、LED辅料、LED封装及配套材料、LED背光源等上游企业，到显示屏、照明灯具、景观装饰灯具、交通灯、汽车灯具、特殊照明等下游企业，再到设备、仪器仪表、软件、金融、咨询等服务企业，全产业链概念让展商有共同的主题进行交流，合作的机会也大大增加。钧多立集团销售总监丛培林先生在参加了4月份的中国LED展后表示，本届会通过主办方与四川虹源达成了合作意向，非常感谢主办方的细致和精准的服务，以后会多次参加这种活动。

二、中国LED展和中国电子展（CEF）同期举办，展会影响力和价值行业居首。
一是中国电子展（CEF）已经成功举办77届，是名副其实的中国电子第一展，每年上海的展会规模都在6万平米以上，专业观众人数超过10万人；二是展览同期举办数十场专业研讨会；三是77届中国电子展打造了一支专业的会展操盘队伍。中国LED展和中国电子展（CEF）同期举办，不仅可以享受到专业的会展服务，还可以借助中国电子展（CEF）的影响力、论坛和专业观众，使参展商的价值达到最大。

三、买家专题活动扩大展商的客户接触面。
中国LED展重点打造买家专题活动，用心服务买家和展商，搭建供需平台。主办方将广泛邀请实力买家观展，协助买家提高展会参观和采购效率，在千家参展商中快速找到对口供应商，组织多场VIP采购见面会，网罗其感兴趣的最新、最热门的LED产品信息，同时也协助优质供应商的产品和服务在对口客户面前脱颖而出。具体的形式包括：一对一采购洽谈会、产品/技术推介会、LED专场招标会和海外买家专场采购会。

立足行业引导，推动LED产业化、市场化，加强产业链建设，建立我国自主和相对完备的LED产业链，是我们LED业界的共同任务，是我们必须肩负起的历史使命。中国LED展将不遗余力的为官、产、学、研各界打造高层交流平台和产业链协同对接合作机会。

14W高效率LED驱动器电源设计
中心议题：讨论14W高效率LED驱动器电源设计解决方案 LED阵列和外壳应与用户安全地隔离开

一、设计特色

1、作环境温度高(75度)

2、高能效

3、合EU CoC/CEC 2008/能源之星2.0要求，带载模式效率高（可达86%，要求为79.6%）；在265 　VAC输入时的空载输入功率< 250 mW，要求为300 mW

4、滞过热关断保护

5、载断开保护

6、足EN55015B传导EMI限制，EMI裕量>8 dB微伏

二、工作原理

图1所示为一个典型的20 V、14 W恒压(CV)、恒流(CV)输出的电源电路。LED阵列的光输出量与所流经的电流量成正比。因此，LED驱动器应具有恒流输出，而不是恒压输出。在本设计中，DC输出未与AC输入隔离，因而LED阵列和外壳应与用户安全地隔离开来。

AC输入由BR1、C1和C2进行整流和滤波。电感L1与C1和C2一起构成一个π形滤波器，并提供EMI滤波。保险丝F1在发生严重故障时提供保护。为使电源在空载下正常工作而不受损坏，使用齐纳二极管VR2进行恒压调整并使电压保持在约21 V。

通过检测电流检测电阻R7上的压降来实现恒流特性。并联稳压器IC U3与R9、R8和R8A一起来在运算放大器U2的反向输入端生成0.07 V的精确电压参考。达到设定电流时，R7上的电压将超过参考电压，这样会使运算放大器的输出增大。此时会正向偏置D4，驱动Q1的基极，进而将电流从U1的EN/UV引脚拉出。电容C7和电阻R11提供环路补偿。使用运算放大器的限流方式使电流采样电压最小化，从而降低了损耗，使效率最高。

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10只要EN/UV引脚拉出的电流超过115 μA，U1中的MOSFET都会以逐周期的方式被禁止（开/关控制）。通过调整使能与禁止开关周期的比例，反馈环路可以调节输出电压或电流。开/关控制方式同时优化了不同负载情况下的转换器效率，使之符合能效标准。

由于环境温度高，U1将在降低的电流限流点模式下进行工作。这样可以提高电源的整体效率并改善其散热性能。初级箝位（D1、VR1、C3及R3）将最大峰值漏极电压控制在内部
MOSFET的700 V BVDSS击穿电压之下。电阻R23减小高频漏感振荡，从而降低EMI。次级侧的输出通过二极管D2、D3和C6进行整流和滤波。

三、设计要点

1、要选择快速二极管而不能选择超快二极管，通过恢复部分漏感能量来提高效率。

2、容C3用于改善EMI性能。

3、择电阻R10，用于在最低输出电压为6 V时向U3提供1 mA的供电电流。

4、U1可选电流限流点允许对电流限流点和器件大小进行优化选择，以适应环境温度。例如，为了降低耗散，可以通过将C3从1μF更改为0.1 μF来在相同设计中使用TNY280GN器件。或者，在散热性能较高的环境中，可以通过将C3从1μF更改为10μF来使用TNY278GN器件。

5、源在LED灯串电压介于6 V至20 V之间时均可正确工作。但由于输出电流恒定不变，灯串电压越低，输出功率就越低。
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5W可调光带功率因数校正的LED驱动器设计
中心议题：讨论5W可调光带功率因数校正的LED驱动器设计学习调光性能电路设计指南解决方案：兼容低成本的前沿调光器和更复杂的后沿调光器
一、电路特点描述

RD-251在12 V和18 V的LED灯串电压下可提供350 mA单路恒流输出。使用标准的AC市电可控硅调光器可将输出电流降低至1% (3 mA)，这不会造成LED负载性能不稳或发生闪烁。该电路可同时兼容低成本的前沿调光器和更复杂的后沿调光器。

该电路用于在通用AC输入电压范围内（85 VAC至265 VAC，47 Hz至63 Hz）进行工作，但在0 VAC至300 VAC的输入电压范围内也不会造成损坏。这样可以提升现场应用可靠性，延长在线电压跌落和浪涌条件下的使用寿命。基于LinkSwitch-PL的设计可提供高功率因数(>0.9)，有助于满足所有现行国际标准的要求，可使单个设计全球通用。

该电源所选用的外形可满足标准梨形(A19) LED替换灯的要求。输出采用非隔离式，要求外壳的机械设计能够将电源输出和LED负载与用户隔离。

二、电路图（去除突出显示的结构框即可用于非调光应用）

注释：C1、R22及C12未装配。

对于非调光应用，可去除有源衰减电路和泄放电路，以便检测到以下元件： Q3、R20、R3、R4、R10、R11、C6及C3。将R7、R8及R20替换为0欧电阻。

对于仅高压应用，要想匹配如REV 300 W这样的高漏感调光器，可微调Busch 2250 (600 W)或下列类似元件。将F1替换为47/ 2W可熔电阻，将R7和R8替换为20，将C6替换为220 nF，将R10和R11替换为最小值510 /0.5 W，将C3替换为150nF，并将R16替换为1k/0.25 W。

三、电路原理分析

本电路为非隔离式、非连续导通模式反激转换器电路，以350 mA的输出电流为电压为12V到18 V的LED灯串提供驱动。驱动器完全能够在宽输入电压范围内工作，并提供高功率因数。本电路可同时满足输入浪涌和EMI要求，其元件数较少，能够使电路板尺寸满足LED灯泡替换应用的要求。

3.1调光性能电路设计指南

对于使用低成本的可控硅前沿相控调光器提供输出调光的要求，我们需要在设计时进行全面的权衡。由于LED照明的功耗非常低，整灯吸收的电流通常要小于调光器内可控硅的维持电流。这样会产生调光范围受限和/或闪烁等不良情况。由于LED驱动器的阻抗相对较大，因此在可控硅导通时，会产生很严重的振荡。在可控硅导通的一瞬间，一股非常大的浪涌电流会流入驱动器的输入电容，从而激发线路电感并造成电流振荡。这同样会造成类似不良情况，因为振荡会使可控硅电流降至零并关断，同时造成LED灯闪烁。

为克服这些问题，电路中采用了两个电路功能块–一个有源衰减电路和一个泄放电路。这些电路功能块的缺点是会增大功耗，进而降低电源的效率。

在本设计中衰减电路和泄放电路的取值能够使一个电路板与的绝大多数调光器（600 W以下的调光器并包括低成本前沿可控硅调光器）在整个输入电压范围内正常工作。这一设计可实现在高压输入时将一个灯连接一个调光器来实现无闪烁照明。

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00一个灯在高压下工作会导致最小输出电流和最大浪涌电流（可控硅导通时），这代表最差情况。因此，主动衰减电路和泄放电路的作用非常明显：泄放电路可降低阻抗，衰减电路可提高阻抗。但这会增加功耗，进而降低驱动器的效率和整个系统的效能。

要求将多个灯连接到一个调光器以便正常工作会降低泄放电路所需的电流，此时可增大R10和R11的值并减小C6的值。

如果使灯具仅在低压（85 VAC至132 VAC）下工作时，可在前沿可控硅调光器导通时出现的峰值电流大幅降低时降低R7和R8的值。

这两种更改都会降低散耗和提高效率。

对于非调光应用，可直接省去这些元件，用跳线替代R7和R8，从而提高效率，但不会改变其他性能特性。

3.2输入EMI滤波和输入整流

EMI滤波器经优化可降低对调光性能的影响。电阻R20为可熔电阻。如果某个元件故障会导致输入电流过大，应选择可熔电阻来使开路失效。与非PFC设计或无源PFC设计相比，薄膜电阻（相对于线绕电阻）是可以接受的。这会在输入电容充电时降低瞬间功率耗散，但对于在高压下工作的设计建议使用2 W的额定值。此外，它们可以限制相位超前可控硅调光器导通以及电容C4和C5充电时所产生的浪涌电流。当可控硅以90度或270度角导通时出现最差条件（浪涌电流达到最大），它对应于AC波形的波峰。最后，它们可以在前沿可控硅导通时衰减在AC输入阻抗与电源输入级之间由浪涌电流再次导致的任何电流振荡。

两个π型差模滤波器EMI级与C1、R2、L1和C2一起形成一个级，C4、L2、R9和C5形成第二个级。在测试时发现，没有要求C1满足传导EMI限值，因此没有装配。

AC输入由BR1进行整流，由C4和C5进行滤波。所选取的总等效输入电容（C4、C5与C6的和）可确保LinkSwitch-PL器件对AC输入进行正确的过零点检测，这对于在调光期间维持正常工作和实现最佳性能很有必要。

3.3 有源衰减电路

有源衰减电路用于限制调光器内的可控硅导通时所产生的浪涌电流、相关电压尖峰和振荡。该电路在每个AC半周期的短暂时间内连接与输入整流管串联的阻抗（R7和R8），在剩下的AC周期则通过一个并联SCR (Q3)旁路。电阻R3、R4和C3决定Q3导通前的延迟时间。

3.4 泄放电路

电阻R10、R11和C6形成泄放电路，确保初始输入电流量足以满足可控硅的维持电流要求，特别是在可控硅导通角不够大的情况下。

对于非调光应用，可同时去除有源衰减电路和泄放电路。为此，可删除下列元件：Q3、R20、R3、R4、R10、R11、C6及C3。将R7、R8及R20替换为0欧电阻。

3.5 LinkSwitch-PL初级

LNK457DG器件(U1)集成了功率开关器件、振荡器、输出恒流控制、启动以及保护功能。集成的725 V MOSFET提供更宽的电压裕量，即使在发生输入浪涌的情况下仍可确保高可靠性。该器件通过去耦电容C9从旁路引脚获得供电。启动后，C9由U1从内部电流源并经由漏极引脚进行充电，然后在正常工作期间则由输出经由R15和D4进行供电。

经整流和滤波的输入电压加在T1初级绕组的一端。U1中集成的MOSFET驱动变压器初级绕组的另一侧。D2、R13、R12和C7形成RCD-R箝位电路，对漏感引起的漏极电压尖峰进行限制。

二极管D6用于防止IC在功率MOSFET因反射输出电压超过DC总线电压而关断时产生负向振荡（漏极电压振荡低于源极电压），确保以最小输入电容实现较高的功率因数。

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003.6 输出整流

变压器的次级由D5整流，由C11滤波。选用肖特基势垒二极管来提高效率。由于C11在AC过零点期间提供能量存储，因此它的值决定了线电压频率输出纹波的幅值（因采用全波整流而为2 x fL ）。因此可根据所需的输出纹波来调整该值。对于所显示的680 微F值，输出纹波为正负IO的50%。电阻R17和C10用来衰减高频振荡，改善传导及辐射EMI。

3.7 输出反馈

恒流模式设定点由R18上的电压降决定，然后馈入U1的反馈引脚。输出过压保护由VR2和R14提供（R14对电流检测信号的影响微不足道，可忽略不计）。

四、印刷电路板布局

印刷电路板顶部布局（上）和底部布局（下)
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00五、装配后的电路板

六、用于A19 LED替换

利用随处可见的555定时器，取代LED驱动器的uP控制
中心议题：利用随处可见的555定时器取代LED驱动器的uP控制
解决方案：
维持 LED 驱动器的恒定电流
摘要

本文详细介绍如何使用便宜的 555 定时器，在一些不需要 LED 驱动器全部功能的应用中，代替微处理器对专用 LED 驱动器实施控制。这样做可让用户在降低总系统成本的同时，维持 LED 驱动器的恒定电流。

相比几年以前，现在使用 LED 的应用越来越多。这些应用从高端视频显示器到低端照明应用，不一而足。设计人员通常只需要专用 LED 驱动器的部分功能，但却无力负担控制它们所需的微处理器的相关成本费用。

专用LED驱动器常常被设计为微处理器控制型，旨在实现诸如模拟或脉宽调制(PWM) LED 电流控制、每个 LED 的独立控制、LED 状态和故障信息读取等特性。对于一些仅要求恒定 LED 电流的应用（例如：LED 照明或者发光）来说，可能不需要这些高级特性。在这些应用中，诸如 TLC555 的 555 定时器可以代替微处理器，从而在实现 LED 电流精确控制的同时降低系统成本，其与输入电压、温度和 LED 正向压降无关。

例如，TLC5917 是一款专用 LED 驱动器，其控制八个独立的恒流电流阱。正常情况下，它要求一颗微处理器，以驱动四个数字输入信号。指令/OE（允许输出）激活和关闭 IC。串行数据输入 (SDI) 数据在时钟 (CLK) 上升沿被时钟输入至 IC 的输入移位寄存器。移位寄存器中的数据在 LE 下降沿（锁闭）转入内部开/关锁存器中。当需要 LED 电流的简单 LED 开/关控制时，下列电路使用随处可见的 555 定时器，来代替微处理器控制。

图 1 TLC555 定时器代替 LED 驱动器的微处理器
TLC5917 输出可以驱动八个独立 LED，或者也可以并联其输出以提高电流能力来驱动单个更高功率的 LED。其内部电流设置寄存器具有默认启动值。这些值与Rext 共同设置 LED 电流。在这种应用中，Rext 将每个输出的电流设置为 IOUT = 18.75A / Rext = 18.75A / 178 ohm = 0.105A。将所有输出并联连接，得到 0.842 A 的 LED 电流。

上电时，内部开/关锁存器默认将所有输出开或者关至“0”，因此在输出开启以前这些锁存器必须被设置为“1”。555 定时器代替微处理器实现该功能。CLK 和 LED 都同时连接至 555 定时器的方波输出。在每个 CLK 上升沿，SDI 数据被移位至 TLC5917 输入移位寄存器中。在 LE 的下降沿，该数据被锁存至开/关锁存器中。由于数据的转移和锁存发生在不同的时钟沿，因此 CLK 和 LE 引脚可以连接至相同输入时钟信号。通过硬连线/OE 接地，IC 被永久性地激活。SDI 可连接至 Vcc，以在上电时自动开启 LED。这种连接“1s”连续计时，以开启所有输出。我们还可以将 SDI 连接至一个开关或者数字输入，以实现 LED 开/关控制。之后，可将 SDI 拉至 Vcc，所有“1s”连续计时，从而开启输出。否则其将被拉至接地，所有“0s”连续计时以关闭输出。

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00555 定时器的时钟速度决定了 LED 开关的快慢。每个 LE 下降沿将 SDI 数据锁存至另一个八内部开/关锁存器中时，八时钟脉冲期间 LED 电流在 0-100%之间斜坡变化，从而开启或者关闭另一个八输出。图 2 显示了产生的阶梯状 LED 电流，其随每个连续 LE 下降沿而增加和减少。即使是相对较慢的 10 kHz 时钟频率，也会产生一个仅为 0.8mS 的关-开和开-关过渡，我们人眼对此的感觉仅是一瞬间。利用非常慢的时钟频率可以实现逐渐开和关。将时钟频率设置为 0.1Hz，可以在 0.8 秒时间内逐渐开启和关闭 LED。

图 2 10 kHz 时钟频率时的 LED 开启和关闭情况
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基于结温保护的LED驱动设计

中心议题：

LED结温的检测基于结温保护的LED电源设计

随着LED外延材料、芯片工艺及封装技术的进步，LED的发光效率不断提高，这使得LED光源代替传统光源成为可能。理论上说，LED具有寿命长、效率高等优点，但在一些实际应用中却给人留下了光衰大、寿命短的印象，这大大影响了半导体照明的普及和推广。究其原因，主要是LED的驱动电源问题。

LED寿命长、效率高是有前提的，即适宜的工作条件。其中影响寿命和发光效率的主要因素是LED的工作结温。从主流LED厂家提供的测试数据表明，LED的发光效率与结温几乎成反比，寿命随着结温升高近乎以指数规律降低。因此，将结温控制在一定范围是确保LED寿命和发光效率的关键。而将结温控制在一定范围的手段除散热措施外，将结温纳入驱动电源的控制参数是十分必要的。文中探讨了LED结温的测量方法，提出了通过单片机实时测量LED光源的结温，在结温超出设定值时生成PWM信号调整电源的输出功率。文中给出了采用LM3404与PIC12F675组成的基于结温保护的电源原理图和单片机程序框图。试验表明，基于结温保护的LED驱动，可使LED灯具可靠性有效提高。

1 LED结温的检测

LED的结温是指PN结的温度，实际测量LED的结温比较困难，但是可以根据LED的温度特性间接测量。

LED的伏安特性和普通的二极管相似。用于白光照明的蓝光LED典型的伏安特性如图1所示。

图1 LED的伏安特性

LED的伏安特性和其它二极管一样具有负温度系数的特点，即在结温升高时I/V曲线出现左移现象，如下图所示。

图2 伏安特性的温度特性

一般LED的结温每升高1°C ,I/V曲线会向左平移1.5~4mV,假如所加的电压为恒定，那么显然电流会增加，电流增加只会使它的结温升得更高，甚至导致恶性循环。所以，目前LED驱动电源一般设计为恒流供电。

根据I/V曲线随结温升高左移的规律，在恒流供电的情况下，测量LED的正向电压就可以推算LED结温。

在实际应用中，往往不需要确定LED结温的特别精确的数值，此时可以用试验的方法确定整体灯具LED光源结温的估算数值。以一个12W筒灯为例，光源部分由4并6串中功率LED组成，其电路连接形式如下：

图3 LED光源电路连接图
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确定正向电压与结温的关系的试验步骤为：1）将光源置入恒温箱中；2）设置恒温箱的温度；3）待恒温箱内温度充分平衡稳定后，在光源两端接入恒流源；4）迅速测量光源的正向电压并记录；5）重复上述步骤1）~（4），恒温箱温度由低到高，测得多点数据。

按上述步骤，对12W筒灯光源进行三次测量，数据如下：

表1 LED正向压降与结温的测量数据

由表1可以看出，测量数据的一致性和规律性很明显。

因测试时间较短，可以将测量时恒温箱设置温度近似等于LED光源的结温。在600mA恒流的情况下，通过数学方法不难得出光源模块正向电压与结温的关系。利用Excel工具，以温度为X轴，平均值为Y轴，生成（X,Y）散点图，选择线性回归分析类型则可生成如下趋势图和公式。

图4 Excel生成的趋势图

由此可见，一个由4并6串中功率LED组成的光源，在600mA恒流驱动时其正向电压与结温的关系为：
Vf = -0.0207Tj+ 20.332 （1）
Tj= 982.22-48.31Vf （2）
式中Vf为LED光源的正向压降，Tj为结温。需要注意的是，不同厂家不同规格的LED产品虽然都符合上述趋势，但具体数据却有一定的差异，因此更换厂家后规格型号需重新试验。

2 LM3404介绍

随着LED照明应用的发展，国内外厂家推出了很多用于驱动LED的器件。其中美国国家半导体公司推出的LM3404及系列产品就是一款非常适用于中小功率LED光源的恒流驱动芯片。

LM3404内置MOS开关管，最大输出电流1A,效率高达95%.这款芯片采用8引脚SOIC封装，其中的一条引脚可以利用脉宽调制（PWM）输入信号控制LED的光亮度。

此外，这款芯片可以利用低至0.2V的反馈电压提供电流检测功能。输入电压6~42V,其内部电路结构如图5所示。

图5 LM3404内部电路结构图
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引脚定义：
SW：内部MOS管输出端，一般需外接一个电感和一个肖特基二极管；
BOOT：内部MOS管启动引脚，一般用一个10nF电容与SW端相连；
DIM：PWM调光输入端，通过输入不同占空比的PWM信号，可调整输出的平均功率；
GND：接地端；
CS：反馈引脚，用于设置恒流值；
RON：在线控制端，该引脚接地可使芯片停止工作并处于低功耗状态；
VCC：供电引脚，该端由芯片内部提供一个7V电压，应用时接一个滤波电容到地；
VIN：输入端，电压范围6~42V,对于LM3404H范围为6~75V.

LM3404应用十分简单，一个用LM3404的典型应用如图6所示。

图6 LM3404典型应用电路图

图中，Rsns为取样电阻，可根据设计恒流值确定；Ron一般选用100k左右的电阻；可决定开关频率；L1为输出电感，可根据设计纹波及开关频率等参数确定。

3 基于结温保护的LED电源设计

基于结温保护的LED驱动电路关键在于结温检测和如何保护。根据上述结温与LED正向电压的关系，测量LED光源的正向电压即可确定结温，但一般LED恒流驱动电路的纹波较大，为避免误保护，检测电路必须要对测量值进行滤波。另一方面，当结温超过设定值时的保护措施，如能使光源降低功率工作，整个灯具降级运行，是较为合理的方案。采用带模拟输入的低功耗的单片机，可以对检测数据进行数字滤波，并通过PWM输出控制驱动调节LED光源功率，可简化检测电路和控制电路的设计。

Microchip公司PIC12F675具有可编程的4通道模拟量输入、10位分辨率模数转换的低功耗在线可编程的单片机，其内置看门狗、4MHz振荡器、128字节EEPROM,单字节指令系统，8脚封装。是一款简单实用的、性价比较高的单片机。将LED光源的正向电压经取样后接入PIC12F675的模拟输入端，经AD转换、去除粗大误差、取多个数据的均值作为结温判断依据，输出PWM信号对恒流驱动芯片进行控制，以达到调节输出功率的效果。

此外，根据测量值还可以进行开路判断，从而也简化了开路保护电路。

仍以光源部分由4并6串中功率LED芯片组成的筒灯为例，设计恒流值为600mA,结温保护点为80℃左右，根据式（1）得出其光源电压保护点为18.68V,即光源两端的电压低于18.68V时，LED结温会超过80℃，此时驱动应采取保护措施。由LM3404和PIC12F675组成的基于结温保护的LED电源电路原理图如图7所示。

图7 基于结温保护的LED电源电原理图
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原理图中，CX1、L1、L2组成输入EMC滤波电路，经AC/DC转换输出24V直流，如为电池供电的应急照明、太阳能照明、及车载照明等应用时，则该部分省略。R1、LM3404、C4、D1、L3、R7组成典型的恒流驱动电路，对于4并6串的LED中功率芯片组成的光源模块，取样电阻为0.39Ω。R2、R3、R4与LM431组成稳压电路，为PIC12F675提供稳定的5V电源和内部AD转换的电压基准。

LM3404的输出经R5、R6分压后输入PIC12F675的模拟端口AN2,PIC12F675经内部AD转换、计算获取LED光源的正向电压，根据设定值程序产生PWM信号，通过GP4引脚接入LM3404的DIM端对其输出功率进行调整。

PIC12F675初始设置GP4输出高电平，如测得LED正向电压在合理范围内，则维持高电平输出使LM3404正常工作；如LED正向电压逐渐变低并低于设定值18.68V,则在GP4引脚输出PWM信号，其占空比可依次降低，直至LED正向电压低于设定值。当测得LED正向电压很高时可判定输出开路， PIC12F675可输出低电平关闭LM3404的输出。

需要指出的是，输出电压取样包含了用于LM3404恒流控制的电流取样电压约0.23V,在PIC12F675的计算程序中应予以调整。

PIC12F675的程序框图见图8.

图8 单片机程序框图

4 结语

对于由4并6串中功率LED组成的12W筒灯，在采用上述驱动方案的试验中，人为向散热外壳吹热风或光源与散热外壳接触脱离时，LED光源将迅速变暗，光源基板温度随之下降，有效地保护了光源本身。当使灯具恢复正常状态后，LED光源亮度也很快恢复正常。

实际应用中，结温超出设定值的原因很多，如恶劣的环境、散热器接触问题、或在强制风冷条件下的风机停转等。结温升高将导致LED光源的正向电压下降，特别在光源由多个LED串联的情况下，下降幅度十分明显。

通过检测LED光源正向电压的方法，间接测量结温，并应用单片机调节LED光源的功率，可大大提高整体灯具的可靠性和寿命。此外，基于结温保护的LED电源由于利用单片机进行控制，很容易扩展其它功能。如作为路灯，可通过编程使后半夜降低功率运行，从而进一步节能和延长灯具寿命；加入其它传感器，可实现按需照明；加入远程通讯模块，可以使灯具组成智能控制网络等等。

不走回头路国内LED厂商死磕核心技术才有前途

今天大多数LED芯片供应商都面临出局的危险，因为他们生产的低压LED芯片将越来越难以迈进LED通用照明市场。

在整个LED产业链中，上游LED芯片及其芯片外延产业占有整个产业70%的利润，封装占有10%-20%，LED应用占10%-20%。虽然我国LED企业数量较多，但规模普遍偏小，企业的研发主要集中在下游的应用领域，在上、中游的研发投入相对较少。

国内LED产业链不完整，关键环节往往缺失，面对德国、日本、美国的专利问题时，国内LED企业不得不绕路而行，另辟蹊径。存在缺乏核心技术和核心专利、标准及检测手段滞后、创新能力不足、产品同质化竞争激烈、市场无序竞争等问题，这是中国LED产业目前的发展状况。

市场竞争压力下，LED产业要想真正突破发展瓶颈，在市场上掌握话语权，就必须拥有较强的技术优势，拥有自主知识产权和核心技术，才能够具备发展后劲。对于核心技术的掌握在未来几年是最重要的课题，也是摆脱对技术强国依赖的唯一途径。同时，必须推动LED产业链的合理布局，推动LED上中下游的协调发展，包括装备技术、材料技术的同步发展，才能抓住机遇，带来我国LED产业的繁荣。

先进的LED驱动器提升全彩视频显示屏的质量
中心议题：全彩LED视频显示屏的主要技术要求如何实现全彩视频显示屏所需的性能
前言

我们在日常生活中随处可见的LED发光二极管不再是什么新鲜科技，LED在多个细分市场上的强劲的增长势头已是既定事实。广告显示屏或数字标牌是 LED应用最广泛的领域之一。从单色显示屏到全彩显示屏，LED解决方案被广泛用于市场需求和复杂程度不同的路标指示牌、广告显示屏、户内外视频显示屏等。本文主要论述全彩LED视频显示屏的主要技术要求，以及如何实现所需的性能。

全彩LED视频显示屏

全彩LED视频显示屏是能够以数百万种颜色显示影像和动画的显示屏。LED显示屏应用场景包括体育场、建筑外观、购物中心、电视演播室。大型LED显示屏被用于播放广告和资讯，重播体育赛事或音乐会。

图1：LED全彩视频显示屏简图
不同类型的视频信源提供的视频输入信号经过处理后被送入LED显示屏。整个显示屏通常由若干个正方形或矩形的点阵组成，每个点阵又由若干个像素组成。每个像素由RGB (红、绿、蓝)LED灯管组成，通过混合这些LED的灯光颜色，就可产生所需的像素信息。LED驱动器相当于被处理后的视频数据与RGB LED发出的彩色灯光之间的接口（图像就是由这些彩色光线构成的）。从大型LED视频显示屏的目标应用考虑，我们很容易意识到画质所扮演的重要作用。这个概念包含几方面的内容:

●原始图像的信号质量以及数据处理能力是取得良好画质的前提条件。

●显示屏的大小、分辨率高低、像素间距和LED选择是决定人眼感受到的画质的关键参数。

●需要选择一个适合的LED驱动器，能够把处理后的图像数据转换成所需的彩色和动画效果。

鉴于本文的目的是描述LED显示屏的LED驱动器解决方案，我们将在以下的章节重点介绍上面提到三方面内容的最后一点。

LED显示屏对LED驱动器的要求

在彩色和动画方面，为取得优异的画质，需要整合多种不同的功能：高帧率、高刷新率、颜色还原精度等。不过，显示屏的质量不仅指图像本身，还指解决方案的整体质量，例如，抗干扰性和可靠性。因此，所有的彩色LED显示屏需要选择技术精密的LED驱动器：

●良好的显色性取决于每个RGB（以及每个颜色）的有效亮度:有效亮度越高，显示的颜色越丰富。合理而精细地控制亮度需要利用PWM调光技术控制大量的亮度。

●高帧率和高刷新率需要高速率地处理大量数据。LED驱动器可利用高频串口和灵活的数据格式管理功能满足这些要求。

●一支或多支LED灯管失效会影响像素颜色的精度，危及影像的整体视觉效果，影响系统的画质。让显示屏保持理想视觉效果需要一个可靠的LED失效条件检测方法。

全彩视频显示屏LED驱动器解决方案

意法半导体拥有各种显示器和数字标牌LED驱动器产品，其中STP1612PW05 (见图2 ：STP1612PW05结构简图)是意法半导体为全彩LED视频显示屏专门研制的LED驱动器。这款产品是一个16通道LED驱动器，内置一个高频串行数据接口。每路通道的最大输出电流为60mA，可以通过一个外部电阻器调节输出电流，使用一个8位增益寄存器可以精确调节256级灰度。在更低的电流下提高电流精度(通道之间典型值 ± 1.5% )符合LED技术的发光效率改进要求。实际上，高能效LED的问世让显示屏制造商能够使用更低的电流LED驱动器取得相同的亮度。该产品为每路输出通道配备了独立的可调PWM亮度控制功能。众所周知的PWM调光功能在LED色彩保护方面的优势以及4096（12位）或65536（16位）级可调亮度，最终可使色差和画质得到明显改进。

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00此外，为进一步提升调光控制功能，该产品还采用了Scrambled PWM模式。PWM总周期基本上覆盖了很多刷新周期，效果就是像提高调光频率而保持调光分辨率不变，从而降低画面闪动。

STP1612PW05内置串行接口符合显示屏的高速数据速率和数据格式灵活性要求：数据发送时钟频率可高达30MHz，采用16x16位格式（若亮度选择4096级，数据格式为6x12位)或压缩度更高的256位格式。正如前文提到的，一个抗干扰性强且可靠的LED驱动器可大幅提升系统的总体质量。

当发现失效的LED灯管（开路或短路）时，STP1612PW05会把检测结果通过串行接口送到微控制器，从而避免相关像素的颜色变化或关闭，保护图像的一致性。

图2 ：STP1612PW05结构简图
在一帧视频图像开始时所有的LED灯管同时导通，这会产生上升斜率很大的涌流，这意味着需要很大的输入电容，寄生通道会产生振荡，系统产生噪声。把四路连续输出组成一组（第1组OUT0、OUT1、OUT2和OUT3；第2组从OUT4到OUT7；按照这个顺序排列下去)，每组之间连续延时40ns，使输出通道的导通时间错开，这样可以大幅降低涌流。因为任何原因（线路断开）导致PWCLK时钟信号不存在（PWM计数器时钟信号，用于进行PWM调光控制），这会让显示屏上的所有LED无限期地导通。除影响图像正确显示外，这种意外事件还会烧毁或损坏LED 灯管。STP1612PW05内置可以激活PWM时钟超时断开的保护功能：当PWCLK信号消失1秒以上时，信号发生器将被强制关闭。

应用示例

实现目标亮度的LED正向电压与可设置的电流随着LED颜色不同而变化：在红光、绿光和蓝光三种颜色LED中，红光LED的正向电压最低，蓝光LED的驱动电流最低。因此，建议每种灯光颜色使用不同的驱动器。

图3描述了一个采用STP1612PW05实现的应用示例。每个显示屏点阵是由16个像素组成，每个像素是由4支彩色LED灯管（1支红的、1支蓝的、2支绿的）组成。16支相同颜色的LED由一颗STP1612PW05驱动。 LED电源电压(VLED)的选择是在几个通常是对立的需求之间的一种平衡考量。

VLED电压应该足够高，使LED能够保持正确的通态，但是应最大限度地降低LED驱动器的电流发生器的电压降，否则会引起无用的功耗，并导致芯片和系统过热。显然，红光、绿光和蓝光共用一个VLED电压并不是最佳的解决方案。理想的解决方案是优化LED电源电压，把LED灯管的电压轨分开可以取得理想的效果。这需要合理地驱动所有的LED灯管，同时节省电能。

图3：通过STP1612PW05驱动一个全彩LED显示屏点阵的设计简图结论

全彩LED视频显示屏的高质量要求给设计人员选择适合的LED驱动器选带来新的挑战。卓越的颜色还原性能和视频失真最小化是这些应用的基本要求。意法半导体专门为全彩视频显示屏定制的LED驱动器是一个高质量的解决方案，能够满足全彩视频显示屏的技术要求。
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恒流驱动源技术在太阳能LED路灯的设计应用

中心议题：

太阳能LED路灯的构成太阳能LED路灯采用恒流驱动的原因太阳能LED路灯的各种恒流源的选用太阳能LED路灯恒流源的基本工作原理和特性

太阳能LED路灯具有极好的市场前景，而且也是开发可再生能源的一种最佳途径。然而从目前情况来看，大多数人都把目光集中在太阳能电池板，以及LED灯具上。而较少有人注意到恒流源和控制器的性能和开发这方面。而选择高性能的LED恒流源不但可以提高LED路灯的可靠性，而且具有PWM调光性能的恒流源和具有PWM调光输出的控制器相配合，还可以大大减小所需的太阳能电池板的面积，这对于降低整个灯具的成本，加速普及太阳能LED路灯具有极其重要的意义。

一、太阳能LED路灯的构成

太阳能路灯的构成十分简单（图1）。从图1所示的框图中可见，其中最核心的部件，就是PWM调光控制器和恒流模块。

图1. 太阳能路灯的构成

二、太阳能LED路灯为什么需要恒流驱动

除了发光效率以外，要使LED能够成为一个实用的灯具还有一系列问题需要解决。其中最重要的就是它的恒流驱动。这是由以下几个原因所决定的。

（一）太阳能LED路灯所用的蓄电池输出电压不恒定
在太阳能路灯中通常是采用铅蓄电池作为能量储存单元的，而铅蓄电池的输出电压从满充到满放，其电压变化是会接近20%的（图2）。所以它所引起的LED电流变化就有可能超过4倍以上。

图2. 铅蓄电池的放电曲线。
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LED有很陡的伏安特性（图3）。

图3. 某一公司的 LED的伏安特性

假定初始的电压为3.25V，这时的正向电流为350mA。假如供电电压降低到2.6V（20％），这时的电流就不到40mA,降低了将近8.75倍。而LED的发光亮度是直接和其正向电流有关的。同一厂家的同一 LED，其相对发光强度和正向电流的关系曲线如图4所示。

图4. 相对光强和正向电流的关系

由图中可以看到，如果正向电流从350mA降低8.75倍到40mA，其相对发光强度将从100降低到20。降低将近5倍。显然这是完全不能允许的。所以一定要把电流恒定。

（二） LED发光的温度不稳定
LED路灯通常在露天工作，其环境温度的变化是很大的。而LED的正向电流还和结温有关，图5就表明LED在不同结温时的伏安特性。

图5. 在不同环境温度时LED的伏安特性

LED的温度系数通常为负的，也就是当温度升高时（T1－>T2），伏安特性向左移动。其值大约是-2mV/℃，那么当其结温增加50度时，其正向电压就会降低0.1V，假如用恒压电源供电时，其正向电流就会增加。比如，常温25℃时LED最佳工作电流20mA，当环境温度升高到85℃时，PN结电压VF下降,工作电流急剧增加到35mA～37mA，但此时电流的增加并不会产生亮度的增加，称为亮度饱和。同样，当环境温度下降至-40℃时，结电压VF上升，最佳工作电流将从20mA减小到8mA~10mA，发光亮度也随电流的减少而降低，达不到应用场所所需的照度。

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00而且当温度变化时，LED的发光光谱也会发生变化。通常温度增加时光谱的最大值是向波长长的方向漂移。大约是每升高10oC时漂移1nm，升高50度会产生5nm的变化（见图6）。

图6. LED发光的峰值波长随环境温度而变化

实际上，LED的光谱也是随其正向电流改变而改变。这也是不希望的，所以一定要保持其正向电流恒定。采用恒流源供电以后，这种温度变化所引起的电流变化就会转化为其正向电压的变化，从而不会引起亮度和光谱的变化。

（三）LED的PWM调光
在太阳能LED路灯中，常常需要按照工作时间来调节路灯的亮度，以减小太阳能电池板的面积。

为了改变LED的亮度，最简单的方法就是改变其正向电流。但是，正向电流的改变会引起光谱的改变，对于白光LED，会引起其视在色温的改变，显然这是不希望的(图7)。

图7. 正向电流的变化引起的发光光谱的变化.

最好的方法就是采用脉宽调制（PWM）的方法来调光。这实际上利用了人眼的视觉残留的特点，使得虽然LED仍然以满电流工作，但是它是开关式地间歇地工作，改变开和关的比例，就可以改变其视在亮度。为了不致引起闪烁的感觉，开关的周期必须小于人眼视觉残留的时间，也就是说，PWM的频率必须高于人眼所能感觉到的闪烁频率。大约是在200Hz以上。不过，由于现在的LED功率越来越大，要产生大功率的PWM信号直接加到LED上是很麻烦的。幸好现在的恒流源大多是一种开关式直流变换器，它可以接受一个很小功率的PWM信号，就可以输出一个大功率的开关信号加到LED上，而同时还能保持恒流的作用，也就是它的峰值仍然保持原来设定的电流值。

所以，为了实现PWM调光也是需要采用恒流驱动源。而调光功能在太阳能LED路灯中是非常重要的。例如可以在午夜以后改为半功率工作，甚至再以后改为1/3功率工作，这样就可以大大减小太阳能电池板的面积，从而降低了整个灯具的成本。

（四）LED的不一致性
即使是同一型号的LED其伏安特性在各个个别的器件之间也是不同的，更何况在不同生产厂家之间就更是不同了(图8)。

图8. 同一厂家LED伏安特性离散性(实线),和不同厂家LED伏安特性的离散性(虚线)

从图中可以看出,假如采用恒压电源供电，它们之间的正向电流就会有很大的差异。而过大的正向电流也会导致光衰的加速，所以一定要用恒流源供电。

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00三．各种恒流源的选用

用在太阳能LED路灯中的恒流源，可以分为升压型、降压型、升降压型三种：所谓升压型就是它的输出电压比输入电压高。降压型就是输出电压比输入电压低。而升降压型则是可以根据输入电压低于或高于输出电压的情况自动地调节其工作模式为升压或降压。

在太阳能LED路灯中，通常采用铅蓄电池作为储能器件，它的电压通常为12V或24V两种。而所要求的输出电压，则是由所连接的LED的架构所决定。为了使得所有LED的正向电流一致，通常采用各个LED串联的方式，这时，所要求的输出电压就是所有串联的LED正向电压的总和。例如，假定用10个LED串联（图9a），其正向电压的总和大约为10x3.3V=33V。其实由于各个生产厂家所生产的LED各不相同，而且各个LED之间也有所不同。所以，10个LED的正向电压的总合也不尽相同。其实在恒流源中，所恒定的是电流而不是电压。所以，并不需要知道正向电压总和的准确值，而只要知道它比输入电压高还是低就可以了。在这里，不论采用12V还是24V的蓄电池，它都要求采用升压型的恒流源。

假如所用的LED为10V，1A的10瓦LED。那么不论是12Vd1蓄电池还是24V的蓄电池就都要采用降压型的恒流源。

如果LED的电压和电源电压接近，例如负载为4个1瓦LED串联，那么它的电压为13V左右，而蓄电池在充满电的时候就会达到14V以上，这时候就要用降压型的恒流源，但是如果在蓄电池快要放完电的时候，它的电压就大概只有10.4V。这时候就需要采用升压型的恒流源。所以，在这种情况下，就必须采用升降压型的恒流源。

多个LED也可以采用串并联的结构，通常我们称之为几串几并。例如10串3并就是如图9b的结构。

图9. LED的10串3并结构

这时候虽然也可以采用一个恒流源供电，但是这时候的恒流源就只能够恒定3串的总电流。这个总电流在各串中的分配是根据它们的伏安特性来分配的。因为加在这3串上的电压是一样的，而每串中的每一个LED的电流又是相同的，这时候就必须平衡在满足这两个条件的工作点上。而且，假如有一串中的一个LED坏了，就会把三串的总电流分配到两串中去，这就加大了每串中的电流。为了减小各串之间的电流不平衡，可以把各串中所有的LED都并联起来，构成一个网格型的结构。这时候如果某一串中有一个LED坏了，就不会影响到其它LED。但是，如果坏的LED呈现短路情况，那就会把其它两串中的LED也都短路掉，不过LED损坏时以开路为多，短路比较少。当然最好的方法就是用保护二极管（通常是齐纳二极管）和每个LED并联，不过这样就增加了成本。

当然多个LED也可以采用全部并联的方法，但是因为每个LED的伏安特性不一样，如果这时候用恒压源来供电就会产生极大的问题（图10）。

图10. 用恒压源对多个并联的LED供电时每个LED的电流都不一样

这时候即使采用大电流的恒流源供电，也不能保证每个LED里的电流一样，通常需要对每个LED串联电阻来得到平衡，但那样会降低效率。所以并联的LED数过多是不建议的。

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00四．恒流源的基本工作原理和特性

(一) 升压型恒流源的基本结构如图11所示。

图11. 升压型恒流源的基本原理图

图中显示了一个基本的电感升压电路，其中控制器（Control）给出了一个PWM开关信号来控制大功率开关管，后者在导通时对电感充电，而在断开时电感中的能量就对电容充电。经过几次开关以后就可以把输入电压泵至更高的电压，从而完成升压的任务。改变PWM信号的工作比就可以改变其输出电压。为了保持输出电流的恒定，就要求测量输出电流值，这是靠一个和LED串联的小电阻来测量的。这个电阻上的电压就和一个参考电压相比较，比较所得出的误差信号就送去控制器用以改变PWM信号的工作比，这样就实现了一个闭环自动控制，以控制其输出电流为恒定。

在选用这类升压型恒流源时，有几个问题需要注意的。

1. 恒流特性要好
图12表示一个SLM2842S的恒流特性曲线。检测电阻放在高端比方在低端更为好点。

图12. SLM2842S的恒流特性

2. 升压比要尽可能小，或者说输入电压要尽可能高，一般来说，升压比越小效率越高。下面图13是当输出电流为0.7A输出功率为30瓦时，SLM2842S的效率和输入电压的关系。

图13. 当输出电流为0.7A输出功率为30W时，SLM2842S的效率和输入电压的关系
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由图中可见，如果采用12V的蓄电池，它的效率就只有90%左右，而如果改用24V的蓄电池，它的效率就可以达到94%。这就可以减少芯片的功耗，降低芯片的温度，提高芯片的可靠性。

3. 检测电阻要尽可能小，以免在上面消耗功率。实际上这也就意味着其内部的参考电压要尽可能低。这对于芯片设计者来说有一定的难度。如果这个参考电压在0.1伏左右，就是一个相当好的一个芯片了，这时，外部的检测电阻就可以用一个很小值了，也就意味着整个系统具有很高的效率。

(二) 降压型恒流源
降压型恒流源的基本工作原理和升压型是差不多的。其基本原理图如图14所示。

图14. 降压型恒流源的基本原理图

通常储能电感是和LED串联，开关导通时，电感储能；开关断开时电感通过二极管继续有电流流通。由于输出电压是输入电压减去电感电压，所以是降压型。LED中的电流经过检测电阻测量以后反馈回控制器。来控制PWM的工作比，以实现恒流的控制。

降压型恒流源的缺点是要求输入电压高于输出电压，而太阳能LED路灯中所采用的蓄电池往往是12V，顶多是24V。而路灯中的LED通常是10个串联，其所要求的总输出电压往往在33V-36V左右，因此较难采用降压型的恒流源。而降压型恒流源的优点是效率高。因为输入电压高于输出电压，所以输入电流小于输出电流。电流小有助于减小电阻性损耗。图15表明一个降压型恒流源在输入电压固定在35V，输出电流固定在2A时，其效率和输出电压的关系曲线。

图15. 降压型恒流源的效率和输出电压的关系曲线

从图中可以看出，当输出电压为30V时，其效率高达98%。这种恒流源的恒流特性也很好（图16）。

图16. SLM2862J的恒流特性

其实，这种降压型恒流源也可以用在交流电的LED路灯中，只要在前面加一个输出为36V的恒压电源，就可以驱动60瓦（1瓦LED10串6并）的LED，而且效率高达98%。

（三）带PWM调光的恒流源
对于人眼来说，很难察觉到红、绿或蓝LED中几纳米波长的变化，特别是在光强也在变化的时候。但是白光的颜色温度变化是很容易检测的。而采用改变正向电流的方法来调光就很容易使人眼感觉到色温的变化，这是不希望的。所以在大功率LED路灯中，我们往往采用PWM的调光方法，以避免视在色温的变化。另一方面，改变正向电流的模拟式调光也会使输出电流的设定精度降低，这也是不希望的。

在PWM调光中，有一个很重要的指标就是调光频率。调光频率要足够高，以避免人眼感到闪烁，所以至少在200Hz以上。另一方面，调光频率也不能过高，因为输出电流从0增加到规定值有一个过程，也就是需要消耗一定时间，希望这个时间占整个周期的比例越小越好，所以周期不能太小。否则会降低所能实现的对比度。

多路照明LED调光控制电路的设计与实现

中心议题：

多路照明LED调光控制系统的设计思路多路照明LED调光电路的设计

解决方案：

基于调节工作电流方式的多路控制设计基于脉宽调制方式的多路控制设计

目前，多路照明LED 正在被广泛的应用，但每个LED 都是配有一个单独的驱动源，为了能够控制多路LED 的配合工作，所以进行了实验研究。实验采用的方法是：计算机给单片机发出调光信号，调光电路中通过CD4067 来进行多路选择，单片机产生PWM 调节电流值，其中调光电路又采用了调解工作电流方式和脉宽调制方式两种方法。通过实验研究，阐述了多路调光控制的原理，论证了两种调光方法的可行性，得出了整个电路输入输出关系，从而可以具体控制多路LED 的亮度。

1 整个系统的设计思路

图1 为整个系统的设计框架图，计算机通过串口通信发送调光信号，单片机接收到信号之后，经过内部运算，产生控制信号并发送给调光电路，调光电路再把驱动信号发送到多路照明LED,实现计算机控制多路LED的亮度调节。其中多路调光电路的设计是本篇的关键，多路调光采用的是C 语言编程，先是在Proteus 中仿真，然后搭建实际电路。

图1 系统框架图

2 多路调光电路的设计

2.1 多路控制的设计
多路控制方法：多路的控制是采用十六选一模拟开关CD4067 来实现的，CD4067 的引脚如图2 所示。当需要调节某一支路的时候，只要选通此支路进行调节就行了，此时，其它支路不受影响。试验中采用两个CD4067,一个作为控制各个支路的传输路径，另一个作为反馈信号的传输路径。两个开关同时选通一个支路，并且只能选通那一路。

2.2 调光电路设计
由于LED 的亮度与正向电流成正比，因此采用调节电流来改变亮度。通过调节电流来调节LED 亮度的方式有两种：（1 ）调节工作电流方式。（2 ）脉宽调制（PWM）方式。

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002.2.1 调节工作电流方法
如图2 所示，单片机给十六选一的芯片CD4067 送去PWM 信号，CD4067 响应单片机所发出的信号，选通后面对应的支路，把PWM 信号经过RC 积分电路产生一个电压作为场效应管2SK1058 的栅极电压，由于场效应管2 S K 1 0 5 8 的电流是由栅极电压控制的，所以LED 的电流是由单片机产生的PWM 信号控制的。为了实现稳定输出，电路中增加了一个反馈电路，这个反馈电路的给定值就是单片机控制数模转换器产生的给定电压值。

图2 调节工作电流方式的多路控制流程

2.2.2 脉宽调制方式
脉冲宽度调制（PWM）方式：通过人眼不易察觉的频率快速开关LED,给人一种LED 总是亮的假象。开关时间比率决定了流过LED 的平均电流，从而决定了其亮度。脉宽调制方式和调节工作电流方式的主要区别是，没有采用RC 积分电路，采用IFR830 代替2SK1028,通过快速控制IFR830 的通断，使得LED 电流是一个幅值恒定，频率很快的脉冲电流，这样LED 的平均电流决定了LED 的亮度，控制流程如图3 所示。

图3 脉宽调制方式的多路控制流程

3 实验分析

由于采用两种调光方法，所以实验方案按照基于两种调光方法的多路控制来进行。

3.1 基于调节工作电流方式的多路控制
由于CD4067 芯片可以带动十六个支路，做实验的时候取代表性的三个支路进行控制，通过设置三个支路的电流值，使这三个支路达到各自的亮度。但是由于不知道LED 电流值也DAC0832 输入值之间的关系，所以进行实验得到它们之间的关系，然后就可以对通信接口进行编程，使得计算机界面的输入值能够和LED 电流对应上。

图4 驱动波形

在计算机操作界面上，对第一路的DAC0832 输入为100, 第二路为200, 第三路的电流值为255,测得对应支路LED 的电流值为54mA、106mA、134mA,对应2SK1058 的驱动波形分别图4 所示。

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00可以看出，随着DAC0832 输入的增大，PWM 的占空比越来越大，对应的LED 电流值也在不断增大。为了得到它们之间关系，通过不断改变程序的方法，来测试多个DAC0832 的输入和关键点电压值（考虑到0~100之间为非线性区，所以从100 开始取值） ,测得的数据如表1 所示。

表1 测量得到N-I 数据

绘出N 和I 之间的近似关系曲线，如图5 所示。从图中可以看出，DAC0832 的输入和LED 电流值是基本上成正比例关系的，可以近似得到他们之间的关系：Y=0.53X+1.09,其中Y 表示LED 的电流值，单位为mA,X 表示DAC0832 的输入N.根据这个关系，我们可以设定程序，使得在计算机操作界面上输入值转化为对应的DAC0832 值，这样就能够控制LED 的电流，在很宽的范围内调节LED 灯的亮度。

图5 N-I 曲线

3.2 基于脉宽调制方式的多路控制
同样，考虑到CD4067 是十六选一开关，没必要对十六路进行控制，拟定采用三个支路来代表整个电路的控制过程。由于控制方式的不同，那么决定LED 亮度的也不一样，基于脉冲控制的方式是由LED 的平均电流来决定亮度的。通过编程，设定PWM 波的频率为1KHZ,第一路的占空比为0.2, 第二路为0.4, 第三路的电流值为0.6,通过测量与LED 串联在一起的5 欧姆电阻上的电压，就能够得到LED 的电流波形，从而可以看出LED的平均电流。波形分别如图6 所示：

图6 驱动波形和限流电阻上电压波形

图中，1 通道是PWM 波形，2 通道是5 欧姆电阻电压波形，可以看出， LED 的电流幅值IM 为0.65/5=130mA 是不变的，并且LED 电流的占空比和PWM 驱动波形的占空比是一样的，所以得出公式：LED 平均电流I= D*IM,其中IM=130mA.所以可以通过在计算机操作界面设定占空比来，传送给单片机信号，单片机相应并且控制LED 的亮度。

3.3 两种方法的比较
通过这两种方法都能够实现多路控制，并且能够达到实验目的，不同点是两种方法的输入控制量不同，不过，通过多次实验可以发现，在不停的调节过程中，前者电路中LED 电流出现色衰现象，而后者中LED 依然发出对应电流的白光，所以第二种方法可以得到广泛的应用。

4 结束语

本次试验采用计算机操作界面控制调光电路、单片机输出PWM 的方法，并且结合芯片CD4067,实现了对多路LED 电流值大小的控制，其中采用了两种调光方法。根据这个结论，可以应用到很多处多路LED 控制的场合，如手术灯、家用照明灯、大型室外灯光设计等。

当然，单片机结合CD4067 能够控制多路的LED 电流，但是也存在着一些缺点和需要改进的地方，由于多路照明LED 工作起来功率比较大，可以在本文的电路基础上增加部分元器件，达到减少损耗的目的；由于没有基准电压脉冲幅度，单片机直接产生的PWM 波就不是很恒定，限制了PWM 波的使用范围。

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