大功率LED驱动电源设计方案

　　大功率LED 的驱动需要直流低电压、大电流，所以传统电源并不适合直接驱动它， 因此普通的降压、稳压电源必须进行必要的改进。笔者特为工作电压为3.4 V、工作电流为350 mA 的大功率LED设计一驱动电源。根据大功率LED 的工作特性，分析市场上常见的驱动电源， 研究了在路灯照明领域的应用， 为了能更好地发挥大功率LED 的优点，驱动电源必须满足大电流输出， 且需要顾及散热、过压、过流、过温保护等多个因素。本方案设计的驱动电源采用散热基板方式， 既能很好地解决散热问题， 采用并联齐纳管的方式来对过压、过流进行保护， 采用具有温度补偿电路来保护出现过温现象， 从而解决了上述几方面问题。

　　1 大功率LED 的光控电路

　　由图1 可知， 220 V 交流电经电容限流、桥式整流、滤波、稳压， 在A， B 两端获得稳定的12 V直流电（见图1）。在白天由于光敏电阻RG 受到自然光的照射呈现低电阻， 三极管VT 的基极电位低， 而被反偏置， 因此VT 截止， 单向可控硅VS门极为低电平被关断， LED 驱动电路未启动， 所以LED 不亮。到天黑时光敏电阻RG因无光照呈现高电阻， VT 导通， VS 的门极即有正向触发电压而导通， LED 驱动电路启动， LED 通电发光。

　　2 大功率LED 的驱动电源

　　驱动大功率LED 的主要目标是产生正向电流通过器件， 比较理想的白光LED 可采用MBI1802芯片来实现恒流驱动， 它能抑制大功率LED 正向电压改变而造成的电流波动， 可实现可控的正向电流， 保证提供可控的显示亮度。

　　由图2 可知， 通过稳压二极管（D6） 可为MB1802 芯片提供稳定的驱动电压， 此时通过大功率LED 的电流主要由参考电压值和MBI1802 芯片工作电压来决定（见图2）。绝大多数显示器都需要多个LED， 若设计人员灵活地驱动多个LED， 应将所有LED 串联， 确保每颗LED 的电流都相同。

　　同时， 在每个LED 两端并联一个齐纳管， 能为LED 提供开路保护。若要以并联方式驱动白光LED， 每个白光LED 都必须串联一个镇流电阻，为避免通过其电流出现差异， 这些电阻也会消耗功率， 降低电路效率， 所以采用串联方式可驱动多个LED。

    3 LED 电源的温度补偿及调光电路

　　由于LED 的驱动电流设计为不随温度变化的恒流源， 当LED 周围温度低于安全温度点时， 输出最高容许电流并保持不变； 当LED 周围温度高于安全温度点时， 工作电流就不在安全区内， 这将导致LED 的性能远低于标称数值。如果LED 周围温度过高则是由LED 自身发热导致， 所以为了确保LED 的性能、寿命不受影响， 必须通过电路的温度补偿功能来解决这一问题。

　　由图3 可知， 采用AVR 单片机及MBI1802 芯片的工作电压为5 V， 通过MBI1802 的一个外部电阻器Rext，可以调节输出电流的范围为40~360 mA，在特定的光照下， 只要不超过LED 的额定电流， 可随意输出电流， 这样用户可以灵活的控制LED 的光强度。同时， MBI1802 芯片的第七脚连接AVR 单片机， 根据温度传感器18B20 所测到温度和检测到的光敏电阻RG 的阻值， AVR 单片机通过输出PWM 波到MBI1802 来控制其输出电流， 实现LED的温度补偿， 同时可以精确调节LED 亮度， 进而实现LED 的调光功能。

　　4 恒流效果实验

　　如果LED 的驱动未采用恒流源驱动方式， 那么PN 结半导体器件在正向导通后， 结电压VF随环境温度上升而下降， 即-2 mV/℃， 称PN 结的负温度效应， 该特性直接影响它的发光效率、发光亮度、发光色度。例如当常温30 ℃时， 选择LED 最佳工作电流为135 mA， 当环境温度升到90 ℃， 结电压VF下降， 工作电流急剧增加到265~282 mA；当温度下降至-40 ℃时， 结电压VF上升， 最佳工作电流将从135 mA 减小到27 mA， 发光亮度也随电流的减少而降低， 达不到所需的照度， 如图4 中电流曲线I。

　　通过实验， 利用ExcEL 软件的图表功能进行取点绘制， 得到恒流效果图（见图4）。

　　从图4 中可以看出， 未采用恒流方式驱动LED， 其工作电流随温度的上升而上升， 但采用恒流方式驱动LED， 其工作电流不随温度的上升而上升， 从而证明恒流方式驱动LED 确实是可行的。

　　5 结论

　　通过MBI1802 芯片来驱动大功率LED， 为其提供恒定的电流， 同时达到理想的发光强度。采用AVR 单片机进行温度补偿和调光控制， 可提高LED 寿命， 实现LED 照度的调节。通过取点实验表明， 该方案的设计原理合理、方案可行， 补偿效果明显。