基于LM3402的LED調(diào)光電路設(shè)計(jì)

摘要：為提高LED照明電路的使用性能和適用范圍，提出了一種基于恒流驅(qū)動(dòng)電路LM3402的調(diào)光電路控制系統(tǒng)。由1個(gè)LM3402電路驅(qū)動(dòng)一串高亮度白光二極管，根據(jù)設(shè)定的亮度需求，微處理器P89LPC932通過(guò)脈寬調(diào)制(PWM)進(jìn)行調(diào)節(jié)。實(shí)踐證明：該系統(tǒng)能夠滿足多種場(chǎng)合照明的各項(xiàng)要求，工作穩(wěn)定可靠，在同等照度下功耗較白熾燈降低90％以上。
關(guān)鍵詞：發(fā)光二極管；照度；恒流；微處理器；脈寬調(diào)制

隨著能源危機(jī)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(dǎo)體PN結(jié)或類似結(jié)構(gòu)把電能轉(zhuǎn)換成光能的器件，以其高效率、低功耗、低電壓驅(qū)動(dòng)、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，已在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中得到普遍的應(yīng)用，如各類消費(fèi)電子產(chǎn)品——手機(jī)、PDA、液晶電視的背光光源等。高亮度LED是傳統(tǒng)白熾燈的一種理想替代方案，因?yàn)榍罢叩膲勖托识急群笳吒叩枚啵也煌诰o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(shì)的高亮度白光LED(HBLED)調(diào)光方法。
對(duì)于HBLD而言，在高照度工作條件下導(dǎo)通電壓高達(dá)3～5 V，工作電流可達(dá)0．15～3 A。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LED應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一是提供與其特性相適應(yīng)的電源或驅(qū)動(dòng)電路。高亮度LED有兩種基本的調(diào)光方法。第一種是PWM(脈沖寬度調(diào)制)調(diào)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(dǎo)通和關(guān)斷LED。導(dǎo)通期間LED滿電流工作，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(dǎo)致LED串的電壓下降，并造成輕微的色差。不過(guò)如果觀察調(diào)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(qū)動(dòng)。因?yàn)殡S著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，電源往往會(huì)持續(xù)提供過(guò)多的電流，使輸出電壓增大，直到電源達(dá)到電流限值或LED失效。脈寬調(diào)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(xiàn)在普遍采用脈寬調(diào)制方式調(diào)節(jié)LED的亮度，在某些應(yīng)用中，調(diào)光比可達(dá)5 000：1，常用的LED驅(qū)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(wěn)壓器，輸入電壓范圍涵蓋整個(gè)汽車應(yīng)用領(lǐng)域，內(nèi)置MOS管最多可以驅(qū)動(dòng)5顆LED，性價(jià)比高，且接受領(lǐng)域較廣、線路簡(jiǎn)潔實(shí)用，是眾多LED驅(qū)動(dòng)IC中間的佼佼者。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
1．1 總體結(jié)構(gòu)
由于單個(gè)HBLED的發(fā)光效率不能完全滿足亮度要求，因此，需要用多個(gè)LED組成陣列，1個(gè)LM3402對(duì)5個(gè)高亮度發(fā)光二極管組成的串(HBLE-Ds)進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)，接受1個(gè)微處理器P89LPC932的PWM脈寬調(diào)節(jié)控制，可實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，流過(guò)每個(gè)HBLEDs的電流約為120～350 mA。
1．2 人機(jī)界面
操作面板上有3個(gè)按鈕(關(guān)閉、調(diào)亮和調(diào)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(shè)定亮度狀態(tài)；調(diào)亮和調(diào)暗按鈕用于改變HBLEDs的亮度，對(duì)應(yīng)4個(gè)指示燈，其中每個(gè)指示燈有亮暗2級(jí)指示，這樣可以指示8擋亮度。
1．3 驅(qū)動(dòng)電路
驅(qū)動(dòng)電路是整個(gè)LED調(diào)光電路的核心，主要由1個(gè)微處理器P89LPC932和LM2402恒流穩(wěn)壓電路組成。LM3402是一款由可控電流源衍生的降壓型穩(wěn)壓器，可驅(qū)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6～42V的輸入電壓。當(dāng)使用引腳兼容的LM3402HV時(shí)，輸入電壓的上限可達(dá)到75V。按照需要對(duì)轉(zhuǎn)換器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，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(shù)量的LED中的調(diào)節(jié)電流不變。圖1為L(zhǎng)M3402的典型應(yīng)用電路示意圖，其中RSNS為電流設(shè)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(shù)量有關(guān)，5個(gè)以上LED時(shí)可取值300KΩ，經(jīng)檢測(cè)，恒流標(biāo)稱值為250mA時(shí)(RSNS=0．8 Ω)，電流波動(dòng)在±10 mA以內(nèi)。