基于PIC微控制器的LED驱动控制电路设计

1 引言

　　LED作为一种供电电压低，功耗小，寿命长，无辐射的新型光源，应用领域日益扩大，成为固态照明的关键光源。许多固态照明应用常采用智能控制电路系统来驱动LED以履行各种功能和任务，譬如为确保流经LED的电流不受供电电压波动的影响维持恒定，从而使LED的亮度无明显变化的亮度调节就是控制电路系统的任务之一。亮度调节涉及电流调整与调光控制。控制电路系统的另一任务是失效识别。因LED具有很强的温度相关性，大多失效又与温度有关，故控制电路系统应能履行温度补偿。此外，通过硬件选择以适应不同亮度LED组合的驱动也极必要。一块芯片上可集成全部必要硬件功能的PIC微控制器，由于价格低廉，时钟频率高达20MHz，功耗极低和工作温度范围宽等特点，非常适合作LED的驱动控制电路。本文即讨论以PIC微控制器为控制单元设计LED驱动控制电路的一些考虑。

　　2 PIC微控制器

　　PIC即可编程中断控制器（ProgrammableInterruptController），一类可利用电或紫外光擦除与重写的多功能集成器件。图1为微芯（Microchip）公司PIC微控制器典型的功能框图。

　　采用PIC微控制器作LED驱动控制电路系统的核心，需要用到其中几个完整模块和把一些管脚设定为模拟输入。模拟电压通过A/D模块转换为数字量。被转换的信号由软件选定直接发送给A/D模块。模块的恒定基准电压可通过输入管脚外部施加，也可通过内部的基准电压模块施加。若采用后者，则PIC的电源电压应通过电压调控器保持恒定。控制器编程不需要许多硬件，简单的编程器件通过搜寻www.ic-prog.com上的实例即可建立。控制器中产生可执行汇编程序的软件都能免费下载。PIC推荐使用处理方便和允许更改的C编译器，程序可采用模块化设计思路。以主程序为核心设置功能模块子程序，简化设计结构。运行过程中通过主程序调用各功能模块子程序，进行循环控制即可满足要求。

　　3 LED的配置

　　设计LED驱动电路必须考虑LED的配置。原则上，LED有三种可能配置：整个电路以电阻构成阵列连接，每个LED与电阻串联或与电阻构成阵列连接。图2为以每个LED一个电阻构成的LED列阵连接。图中每个LED拥有各自的电阻，这些电阻可作调节二极管电流的基准电阻用。

　　譬如，若某个LED失效，则非串联情况下的其余LED仍继续运作，但由于总电流可在剩余的三条通路中分配，故失效将导致并联二极管中的电流增多，引起亮度的不均匀分布，不过亮度的损失根本上可由与失效器件同一通路中其余LED的电流增加得到补偿。

　　4 驱动器的控制功能

　　4.1 调光

　　调光是驱动器控制最基本的功能，通过调光产生不同的LED亮度等级。采用脉宽调制（PWM：pulsewidthmodulation）是解决调光的简单办法。PWM信号实际上就是周期切换直流电压的通断，故利用微处理器内置的PWM模块即可方便设定和控制PWM信号。如果周期维持不便，亮度则可以利用脉冲的持续长度，即占空比D来调节。采用PWM信号的优点是可以保持峰值电流恒定，从而可以防止由于峰值电流升高产生如诸如InGaN器件中波长移位之类的负作用。

　　4.2 电流调整

　　驱动器控制的第二个功能是应使LED的亮度保持不变。为保证LED亮度不变，则流经LED的电流必须恒定。这就要求各单个LED流经的电流都是确定的。为测定流经二极管的电流，每个二极管都要采用串联电阻。通过测量电阻两端的电压可测出电阻流经的电流，因此便可确定流经LED的电流。电压测量由PIC中电压高达5V，并可与恒定基准电压比较的A/D模块执行。但A/D模块不能直接连接到串联电阻两端，一方面这是因为电压的电平可能远高于5V，另外，就是PWM信号必须首先转换成直流信号。经过2次测量和随后的相减会产生双倍测量误差。建议采用图3所示消除双倍测量误差问题的电流测量电路。

　　采用该电路时，凡正输入电压与U1相接，负输入电压与U2相接。图中U1和U2信号由RC元件转换成直流信号再与运放连接。运放可利用各种电阻配置成减法器。就该电路而言，U1的直流电压将从U2减去，A/D模块测得的就是其差。这能使控制器对电流的变化做出反应。由于运算放大器具有非常高的输入阻抗，故系统不会受测量电路影响。