中心議題：

• LED調(diào)光電路的設(shè)計

解決方案：

• 白光二極管采用恒流電源驅(qū)動
• P89LPC932采用高性能的處理器結(jié)構(gòu)

• 采用LED調(diào)光控制系統(tǒng)

隨著能源危機的到來，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,、使用壽命長等優(yōu)點，已在眾多應(yīng)用領(lǐng)域中得到普遍的應(yīng)用，如各類消費電子產(chǎn)品——手機,、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,，因為前者的壽命和效率都比后者高得多,，且不同于緊湊型熒光燈泡，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)勢的高亮度白光LED(HBLED)調(diào)光方法。

對于HBLD而言,，在高照度工作條件下導(dǎo)通電壓高達(dá)3～5V,，工作電流可達(dá)0.15～3A。LED的發(fā)光亮度與流過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上沒有電流流過,，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,。不過如果觀察調(diào)光器打開情況下工作的白熾燈，也會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,。因為隨著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,，電源往往會持續(xù)提供過多的電流，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關(guān)LED，開關(guān)頻率超出人一般能夠察覺的范圍,，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汽車應(yīng)用領(lǐng)域，內(nèi)置MOS管最多可以驅(qū)動5顆LED,，性價比高,，且接受領(lǐng)域較廣、線路簡潔實用,，是眾多LED驅(qū)動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HBLED的發(fā)光效率不能完全滿足亮度要求，因此,，需要用多個LED組成陣列，1個LM3402對5個高亮度發(fā)光二極管組成的串(HBLE-Ds)進(jìn)行恒流驅(qū)動,，接受1個微處理器P89LPC932的PWM脈寬調(diào)節(jié)控制,，可實現(xiàn)無級調(diào)節(jié)，流過每個HBLEDs的電流約為120～350 mA,。

1.2 人機界面

操作面板上有3個按鈕(關(guān)閉,、調(diào)亮和調(diào)暗按鈕)和4個普通發(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，對應(yīng)4個指示燈,，其中每個指示燈有亮暗2級指示,，這樣可以指示8擋亮度。

1.3 驅(qū)動電路

驅(qū)動電路是整個LED調(diào)光電路的核心,，主要由1個微處理器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)動串聯(lián)的大功率,、高亮度發(fā)光二極管串,，可以接受范圍在*2V的輸入電壓。當(dāng)使用引腳兼容的LM3402HV時,，輸入電壓的上限可達(dá)到75V,。按照需要對轉(zhuǎn)換器的輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，以維持通過LED陣列的恒定電流水平,。只要HBLEDs的組合前饋電壓不超過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LM3402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個以上LED時可取值300KΩ,，經(jīng)檢測,，恒流標(biāo)稱值為250mA時(RSNS=0.8 Ω)，電流波動在±10mA以內(nèi),。

DIM1的邏輯是直接的,，因此當(dāng)DIM1端口為高電平時，LM3402會輸出穩(wěn)定的電流,；當(dāng)DIM1處為低電平時,，禁止任何電流輸出。所以對LM3402的DIM1端口輸入PWM信號,，可對LED陣列進(jìn)行調(diào)光,，PWM信號的最大邏輯低電平應(yīng)為0.8V，最小邏輯高電平為2.2V,。將DIM1端口懸浮或者接至邏輯高電平,，一旦輸入達(dá)到6V，LM3402就開始運作,。

P89LPC932是由飛利浦生產(chǎn)的低功耗單片微處理器，電源電壓3.3V,，可低功耗運行,，適合于許多要求高集成度、低成本的場合,?？梢詽M足多方面的性能要求。P89LPC932采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu),，指令執(zhí)行時間只需2～4個時鐘周期,，6倍于標(biāo)準(zhǔn)80C51器件。P89LPC932集成了許多系統(tǒng)級的功能,，這樣可大大減少元件的數(shù)目,、電路板的面積以及系統(tǒng)的成本，其內(nèi)部有2個定時器,，可作為一個具有256個定時器時鐘周期的PWM發(fā)生器使用,。LED調(diào)光電路電氣原理圖如圖2所示,。

2 程序設(shè)計

2.1 程序結(jié)構(gòu)

控制器程序根據(jù)3個按鈕的輸入狀態(tài)，實現(xiàn)開關(guān)或亮度調(diào)節(jié),，并將亮度狀態(tài)在4個指示燈上顯示出來,。利用微處理器自身集成的EEPROM單元，可隨時保存亮度狀態(tài)n(PWM占空比),。主程序流程框圖如圖3所示,。

2.2 PWM發(fā)生

高亮度白光二極管串HBLEDs的電流主要通過對LM3402的DIM端口進(jìn)行PWM調(diào)節(jié)，實際電流占設(shè)定電流值的比例取決于PWM的占空比duty cycle,。如果PWM信號的頻率正好落在200Hz～20kHz之間,，白光LED驅(qū)動器周圍的電感和輸出電容就會產(chǎn)生人耳聽得見的噪聲，所以設(shè)計時要避免使用20kHz以下低頻段,。

微處理器P89LPC932內(nèi)部定時器TO/T1的PWM輸出與計數(shù)輸入和定時器觸發(fā)輸出占用相同的管腳,，發(fā)生定時器溢出時自動觸發(fā)端口輸出。此功能通過AUXR1寄存器中的控制位ENT0和ENT1分別使能定時器0和1,。該模式打開時,，在首次定時器溢出前端口的輸出為邏輯1。為了使該模式生效,，必須清零C/T位以選擇PCLK作為定時器的時鐘源。定時器初始化設(shè)置參考程序如下：

其中占空比duty cycle=256-TH1,，定時器1的溢出將使P1.2或P0.7端口發(fā)生翻轉(zhuǎn),，因此輸出頻率為定時器1溢出速率的1/2。

2.3 節(jié)能模式

經(jīng)檢測,，在同等照度要求的情況下,，采用LED調(diào)光控制系統(tǒng)的功耗較白熾燈降低90%以上，當(dāng)然為進(jìn)一步降低能耗,，節(jié)能方法的探究仍然具有十分重要的意義,。在多數(shù)時間，HBLEDs可能處于熄滅狀態(tài),，若控制系統(tǒng)處于待機狀態(tài)或掉電狀態(tài),，可將功耗降低到最低；或?qū)FF端口接地,，也可將LM3402置于一個極低的低功率關(guān)機狀態(tài),。將微處理器P89LPC932的電源控制寄存器PCONA設(shè)置為0xFF時，外部功能模塊掉電,；將電源控制寄存器PCON設(shè)置為03H時,，可將微處理器處于完全掉電狀態(tài)，只有在中斷觸發(fā)的時候,，才能喚醒,，隨即給外部功能模塊上電,，微處理器開始工作。微處理器主要通過鍵盤中斷喚醒,，鍵盤中斷參考程序如下：

3 結(jié)論

本文介紹了一種基于恒流驅(qū)動電路LM3402的LED調(diào)光控制系統(tǒng),，該系統(tǒng)由微處理器P89LPC932 PWM控制輸出電壓，用戶可通過按鈕設(shè)定亮度,。由于采用了低功耗微處理器,，并應(yīng)用多種節(jié)能方法，使得該調(diào)光系統(tǒng)的功耗極低,，能夠適用于多數(shù)LED照明節(jié)能改造場合,，正好符合低碳經(jīng)濟的發(fā)展需求。隨著LED發(fā)光效率的不斷提高,，封裝技術(shù)的改進(jìn),，使用壽命的不斷增加，以及生產(chǎn)成本的降低,，再加上驅(qū)動電路性能的改善,，HBLED在照明市場上的推廣前景十分廣闊。目前該技術(shù)已投入批量生產(chǎn),，取得良好的社會效益,。