LED路灯驱动及智能调光系统设计

　　大功率LED 灯有节能高效等诸多优点，很有发展前景，其驱动与调光是近年来研究的热点，因此本文对led 路灯进行了深入研究，针对其特性设计了LED 路灯的驱动电路和智能调光电路，进而构成了LED 路灯系统。

　　驱动电路是由HV9931 控制的Buck - Boost - Buck 电路，直接由市电供电实现恒流驱动且带有PFC 功能； 调光方式采用PWM 调光，用TLS2561 作为光强度传感器，由PIC16C62 控制产生PWM 调光信号控制HV9931 实现智能调光。

　　实验结果表明该电路转换效率高，功率因数高，输入电流的THD 小，白光LED 路灯光色纯正而且节能，很有市场前景而且有进一步研究的价值。

　　1 引言

　　LED 被认为是绿色的第四代光源，是一种固体冷光源，具有高效、寿命长、安全环保、体积小、响应速度快等诸多优点， 目前已经在城市景观装、交通信号与商业广告上广泛应用。近年来随着制造工艺的不断发展， 大功率高亮度LED 性能不断提升，价格不断下降， 目前达到同样的明明效果，LED 的耗电量大约是白炽灯的1 /10，荧光灯的1 /2［2］。这些都使得其开始应用于一般照明中， 而且很有发展前景，大有取代白炽灯和荧光灯这些传统光源的趋势，世博会上LED 灯的应用可以说代表着这个方向。LED 调光可以节能，高亮度白光LED 的驱动和调光是近年来研究的热点，本文在这方面进行了些研究， 并设计了一款带有功率因数校正的LED 路灯驱动和智能调光系统。

　　2 LED 特性、驱动要求及调光方式

　　LED 的理论光效为300lm /W.目前实验室水平达260lm /W，市场化水平在120lm /W 以上。高亮度LED 的一般导通电压约为3. 0 ~ 4. 3V，但其核心仍是PN 结，其伏安特性与普通二极管相同。当加在LED 上电压小于其导通电压时，LED 上几乎没有电流通过。但当LED 导通后，其正向电流随正向电压按指数规律变化，很小的电压波动就会引起很大的电流变化。在导通区电压从额定值的80% 上升到100% ，电流则从其额定值的0% 上升到100%.

　　图1 LED 相对光通量与正向电流关系

　　图1 是LED 相对光通量和其正向电流IF 的关系图。图中可以看出LED 的光通量和其正向电流成正比的关系，因此可能通过控制LED 的正向电流来控制其发光亮度。LED 若采用恒压源驱动，很小的电压变化将引起很大的电流变化，因此恒压驱动只适用于要求不高的小功率的场合下。在要求高的场合和大功率的场合下LED 都要采用恒流驱动。研究表明，LED 发光亮度随工作时间下降，亮度下降后光效随电流的增加而减少，LED 的亮度与驱动电流成饱和关系。LED 的电流达到其额定电流的70% ~80% 后，很大比例的电流转化成了热能，因此LED的驱动电流宜为工作电流额定电流的70% ~80%。在恒压驱动或PWM 调光中， 最大电流不宜超过最小电流的3 倍，否则的话冲击电流会大大减少LED 的使用寿命［8］。目前来说市场化单个LED的功率都不大，大都在10W 以下，实际用于照明是把多个LED 按一定方或串并联之后形成LED 阵列。

　　从图1 也可得出， 改变LED 的电流即可改变LED 的亮度。改变电流有两种方式，相应的LED 调光也有两种方式。一种是连续调节LED 中电流的大小来改变LED 的亮度，这种方式称之为模拟调光，通过LED 中的电流是连续的； 另一种是通改变LED流过电流的时间与关断的时间之比来改变LED 的亮度，LED 流过电流时电流是恒定的， 关断时流过LED 的电流为零，这种方式称为PWM 调光，它是通过人眼察觉不到的频率快速的开关LED，开关频应不小于100Hz.两种调光方式当流过LED 中的平均电流相同时，其效果是一样的。由于LED 在某一大小特定的电流时会发出最纯的白光，随着电流偏离这个值，会有色偏。另外，LED 的响应时间只有几纳秒到几十纳秒，很适合频繁开关的场合，所以LED 调光以PWM 调光方式好，此外这种方式还有利于LED 散热。

　　3 LED 驱动电路

　　3. 1 LED 驱动电路分类

　　从LED 的驱动供电可将其驱动分为AC /DC 型和DC /DC 型，而LED 要求直流供电，AC 供电时要把交流转化成直流后再驱动LED，所以我们只要研究DC /DC 型即可。DC /DC 型的LED 的驱动方式可分为电阻限流型，线性稳压电源型，电容电荷泵电路和电感开关变换电路。电阻限流将电阻和LED 串连，通过电阻的分压限流和驱动LED 灯，这种方式控制精度不能保证，同时有大量电功率浪费在电阻上，只在要求不高的低压场合下使用。线性稳压电源精度比电阻限流型高一些，但同样存在效率低的问题，实际中用的也不多。实际中用得多的是电荷泵电路和电感式开关变换电路。

电荷泵电路利用电容对电荷的累积效应储存电能，把电容