LED可控恒流源驱动系统设计方案

　　摘要： 针对小功率LED 在现有照明系统中驱动方式存在的一些不足，设计了一种高效的驱动系统。本驱动系统以STC89C52 单片机作为核心控制器件，通过D/A 变换构成的数控单元，由运算V/I 转换电路构成电流闭环反馈控制系统。人机接口采用独立键盘及LCD 液晶显示器，控制界面直观、简洁，具有良好的人机交互性能。

　　LED作为第三代照明光源， 具有工作电压低， 耗电量小， 发光效率高、寿命长等优点。LED 是一个非线性器件， 当LED 导通时， 只要LED 上的电压发生微小变化，就会使电流过大导致LED 器件发热损坏。LED 的工作特性对其供电电源质量的依赖程度很大， 因此实现一个高质量的供电电源对提高LED 的照明质量、电能利用率、延长LED 的使用寿命有着重要的意义。供电电源的稳定性主要取决于LED 驱动电路设计， 恒流源驱动是最佳的LED 驱动方式， 采用恒流源驱动， LED 上流过的电流将不受电压、环境温度变化， 以及LED 参数离散性的影响， 从而能保持电流恒定， 充分发挥LED 的各种优良特性。目前广泛采用的恒流源有两种形式： 一种是线性电源改进型恒流源， 另一种是开关电源式恒流源。线性电源改进型恒流源的线性损耗大， 适用范围小； 开关电源式恒流源的可靠性较差， 适应范围小， 而且成本高。因此，经济实用、性能可靠的数控恒流源就得到了广泛的应用。本文针对小功率LED 在现有照明系统中驱动方式存在的一些不足， 设计了一种高效的驱动系统， 提出了一种相应的新型驱动系统。

　　1 LED 特性

　　1.1 LED 伏安特性

　　LED 伏安特性的数学模型可以表示为：

　　式中，V 是LED 启动电压；RS 表示伏安曲线斜率；IF 表示LED 正向电流；T 表示环境温度；△VF/△T 是LED 正向电压的温度系数，对于大多数LED 而言，它的典型值为-2V/℃。从LED 的数学模型看，在一定的环境温度条件下LED 在正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED 电流的很大变化。

　　1.2 LED 温度特性

　　LED 正向电流的大小是随温度变化而变化的， 白光LED 的工作电流一般在200mA 左右，当环境温度一旦超过50℃，白光LED 的容许正向电流会幅度降低而达不到正常发光亮度所需的工作电流，在此情况下如果仍旧施加大电流，很容易使白光LED 老化。

　　1.3 LED 光学特性

　　光源的光通量是指单位时间内通过4π 立体角的可见光能量。白光LED 电流与光通量的关系如图1所示，随着电流的增加， LED 的光通量非线性增加，并逐渐趋于饱和。其原因主要是因为随着电流及时间的增大，大功率LED 内部温度上升，发生在P/N 结结区的载流子复合几率下降，造成LED 发光效率降低。

　　图1 LED 光通量与电流关系图