LED路灯驱动及智能调光系统设计

图2 基于HV9931 的LED 路灯驱动电路

驱动电路如图2 所示，为开关电源驱动方式。

主电路是一个单级单开关的非隔离恒流输出的Buck-Boost-Buck 电路。由L1、C1、D1、D5 和Q1组成的Buck-Boost 电路是输入级，工作于不连续导电模式; 由C1、Q1、D2、D4 及L2 组成的Buck 电路是输出级，工作在连续导电模式下。两级共用一个功率开关管Q1, 电容C1 对输入级相当于负载，对输出级相当于直流电源。系统降压比为两级降压比之乘积，这样由市电供电不需要变压器就能实现较低的电压输出。开关Q1 导通时， 输入级Buck-Boos 电流路径： 整流电压→D1→L1→Q1→Rs1,L1中电流线性增加， 输出级Buck 电路电流路径为：

C1→Q1→Rs2→LED→L2,C1 提供能量; Q1 关断时，输入级电流路径： L1→C1→D5→D1,L1 中的能量转到C1 中，由于D1 存在，L1 电流不能反向，L1 电流降为0 后电流断续; 输出级电流路径： L2→D4→LED,由于参数设置不同，L2 中电流不仅不会变为0,而且波动相对比较小。

电路工作于峰值电流模式下， 振荡器使GATE输出高电平， 使Q1 通导通; CS1 和CS2 端子分别是HV9931 内部的两个电压比较器的反向输入端，两个比较器的同向输入端在芯片内部接地，电路通过CS1 和CS2 端子同时检测输入电流和输出电流，CS1 是输入电流信号检测端子，CS2 输出电流信号检测端子，这两个端子只要有一个端子上的电压比地低，GATE 端子就输出低电平，Q1 就关断。VDD是芯片的基准电压输出引脚，Rs1、Rcs1 和Rref1 可编程设定L1 中的最大峰值电流， Rs2、Rcs2 和Rref2 可编程设定输出电流。在交流电的周期内可认为占空比和开关频不变，故输入电流峰值包络线为正弦波，平均电流为正弦波，可实瑞功率因数校正。

C2 为输入电容，用作高频旁路，若用大电容则电路丧失功率因数校正功能。RT 对应着内部振荡器，有两种接法，分别设定恒定工作频和恒定的关断时间，图中采用的是恒定的关断时间的接法。PWMD 引脚为数字调光信号输入引脚，该引脚为高电平时电路正常工作，该引脚为低电平时GATE 引脚始终输出低电平，开关管Q1 断，驱动电路不工作。

4 智能调光装置

设计的系统若能根据环境光照的强弱来改变自身亮度，则会相应的节能，符合当前低碳生活的要求。环境光线最差时，设计系统调光信的PWM 占空比接近100% ( 为不致使温度上升过高，留一定裕量) 时使LED 最亮满足照度要求; 当环境光照变化时会根据外部光照的强弱自动改变调光信号的PWM 的占空比，使LED 相应的暗一些，但照度满足要求; 另外，在深夜人比较少时可适当降低亮度。

实现这一要求要有一个好的光强度传感器。光敏电阻线性度差，频率响应低，光敏三极管灵敏度高，但温度特性和线性度差系统设计选用TLS2561作为光电强度传感器。TLS2561 接近人眼对亮度的反应，能直接将光强度信号转化成数字信号输出，有可编程中断功能和标准的I2C 接口，能方便地与单片机相连。单片机选用微芯公司的PIC16C62.这种单片机性能稳定，带有PWM 输出，能方便地实现I2C 总线通信。光强度传感器TLS2561 将光信号转换成数字信号传送至单片机，经单片机处理产生调光的PWM信号，调光PWM 信号送至HV9931 的PWMD 端，以实现PWM 调光。调光部分如图3 所示。

图3 调光系统框图

系统还设计还考虑到的温度的影响。LED 在相同电流下， 随着PN 结温度的升高光通量将降低，同时还会影响LED 使用寿命。所以系统中还加入的温度传感器， 温度信号同样送至PIC16C62 处理，也会影响到其输出的PWM 调光信号的占空比。这个不是本设计的主要问题，不详细叙述。

5 实验结果

系统设计功率为72W,采用72 个1W 的高亮度LED 灯每24 个串联后再并联而成。输出最大光强时设计PWM 调光信号占空比为90% ,此时测得LED中总电流平均值为932mA; LED 驱动电路工作时开关管工作频率为100kHz,驱动电路效率为75% ,输入电流THD 小于20% ,功率因数大于0. 9,光电转换效率约95lm /W; 调光用PWM 信号频率为120Hz,比不用智能调光电路时约节能9%.图4 给出了调光PWM 占空比为50% 时LED 中的电流波形。

图4 调光PWM 占空比为50% 时LED 中的电流波形

6 结论

本文设计的LED 路灯驱动电路采用市电供电且不用电源变压器，驱动电路体积大为减少。驱动电路实现恒流驱动的同时带有PFC 功能，符合当前绿色环保的要求，而且驱动电路转换效率高，电路较新颖; 智能调光电路采用PWM 调光方式，LED 发出较纯的白光，不产生色偏。智能调光电路节能效果较为显着。设计的实际电路有较好的前景与市场，不足之处在于成本略高，但随LED 制造工艺的不断改进和驱动调光电路研究的不断深入相信这个问题会得到很好的解决。