大功率白光LED 高效均流并联供电系统（一）

摘要： 为解决可见光通信系统中的白光LED( Light Emitting Devices) 光源高效稳定的直流偏置电源问题，设计并研制了一种Buck 型双DC/DC( Direst Cunent) 并联供电系统。该系统采用ARM7( LPC2148) 作为主控制器，利用电压反馈调整两个DC/DC 模块的PWM( Pulse Width Modulation) 驱动信号的占空比实现稳压，利用两个PMOS ( P-channel Metal-Oxide-Semiconductor) 电子开关分别控制两个DC/DC 支路实现均流。实验结果表明，电源实际输出电压与设定值的误差小于2%,两个支路电流的偏差小于1%,电源供电效率可达75% ~ 80%.在电源开启和关断瞬间的瞬时测试结果显示，驱动电压无尖峰现象，电压从0 上升至1. 6 V 的时间约为20 s,关电降至0 的时间约为65 s.两个DC/DC 模块交替工作，延长了供电系统的使用寿命。该供电系统在LED 照明和可见光通信设备中具有良好的应用前景，为设计多DC/DC 模块的高效均流并联供电系统提供了解决方案。

0 引言

随着人们对节能环保型光源的需求以及白光LED( Light Emitting Devices) 制作工艺的进步，高效率、低功耗、长寿命的绿色光源白光LED 将逐渐替代传统白炽灯和荧光灯等照明设备，成为下一代照明设备的首选。在照明的同时，利用白光LED 进行室内外可见光通信( VLC: Visible LightCommunication) 也是近年来新兴的一种短途无线通信技术。笔者研究了基于白光LED 的VLC 通信技术与系统，实现了短距离数据传输。为了实现白光LED 的照明和通讯双重功能，大电流、高效率、长寿命的供电系统是关键，既要满足高速可见光通信需求( 要求对LED 提供高速调制信号以形成MHz 的亮度调制) ,又要满足大电流的视觉亮度需求( 即可对LED 提供稳定的直流工作点)。合理的直流偏置可为LED 提供最佳的线性调制区，提高调制深度，进而可改善通信性能。与线性电源相比，DC /DC( DirestCunent) 开关电源具有效率高的优势，成为电源设计的首选。为满足白光LED 的高效照明和高速通信的需要，同时也为延长电源使用寿命，笔者设计并研制了一种推挽式高效均流双DC /DC 并联供电系统。

1 系统结构和原理

大功率白光LED 的供电系统需提供大电流并具备高稳定性，相比多支路并联供电系统而言，在同等电流需求下，单支路供电系统需提供的电流更大，因此单支路型电源的寿命短。鉴于此，设计了双支路DC /DC 并联供电系统，两个支路实现分流工作，既提高了效率，又延长了使用寿命，具有传统驱动系统不可比拟的优点。

设计方案如图1 所示，采用两个DC /DC 支路同为Buck 型降压电路、电子开关实现支路电流调节、PWM( Pulse Width Modulation) 驱动信号占空比实现稳压、霍尔电流传感器并辅以调整、比较、延时等电路实现过流保护。所设计的驱动电源包括4 部分： 双DC /DC 并联模块; 电压、电流采样模块; 过流保护及自恢复模块; ARM7( LPC2148) 主控模块。图1 中( 1) 为DC /DC 支路2 的控制信号PWM2,其占空比决定支路2 的输出电压; ( 2) 为DC /DC 支路1 的控制信号PWM1,其占空比决定支路1 的输出电压; ( 3)为均流控制信号PWM3.系统工作原理是： 利用两PMOS( P-channel Metal-Oxide-Semiconductor) 电子开关( Electronic switch 1、Electronic switch 2) 实现两支路均流，通过采集输出电压并调节PWM1 和PWM2 的占空比实现稳压，通过霍尔电流传感器并辅以调整、比较、延时等电路实现过流保护。

2 系统的模块化设计

2. 1 DC/DC Buck 型稳压电路

两个DC /DC 支路采用PWM( Pulse Width Modulation) 控制的Buck 型降压电路( 见图2) .图2 中OUT1 为支路1 的输出电压，OUT2 为支路2 的输出电压。利用电感和电容的储能特性，随着PMOS 管不停地导通和关断，具有较大电压波动的直流电源能量断续地经过开关管，暂时以磁场能形式存储在电感器中，然后经电容滤波得到连续的能量传送到负载，得到脉动较小的直流电压，实现DC /DC 变换。

PMOS 管型号为SI4405,PMOS 驱动器为ADP3624; PWM1、PWM2 为由ARM7 产生的频率固定、占空比可调的方波信号，可分别调节两DC /DC 支路的输出电压。为得到稳定的输出电压，采取如下设计方案：

1) 合理选择PWM 频率，有效降低输出电压的纹波系数，设计中取为20 kHz;

2) 当负载变化时，通过计算输出电压( 由AD 采样获得) 与目标值的差值大小，采用模糊PID( Proportion-Integral-Derivative) 算法，调节PWM1、PWM2 的占空比，在较短时间内，调整输出电压至所需的稳定值。

两个DC /DC 支路的均流方案如下： 在两个DC /DC 支路的输出端分别接高速PMOS 电子开关，利用ARM7 输出一个50%占