详解LED设计原理及调光电路设计 —电路图天天读_244
单节Li+电池的端电压约为3.7V，要想直接驱动多个串联的LED，则需把多节电池串联在一起，但这会带来功率分配等设计问题，用户也往往首选单节电池供电的方案。2采用连续boost模式驱动LED灯串...
随着LED制造技术以及电池技术的进步 ， 高亮度（HB） LED广泛用于各种照明设备 ， 其光输出量（发光效率）通常以流明/瓦为单位计量 ， 已经超过了荧光灯的发光效率 。
1 概述
高 亮度（HB） LED目前已广泛用于各种照明设备 ， 其光输出量（发光效率）通常以流明/瓦为单位计量 ， 已经超过了荧光灯的发光效率 。而采用高容量、单节Li+电池驱动高 效率LED光源时 ， 由于电池电压仅为3V至4V ， 需要解决电源转换问题 。可靠性及安全特性使得HB LED成为电池备份照明系统（应急照明等）的优选方案 。
随着LED制造技术以及电池技术的进步 ， 目前最高容量的锂离子（Li+）电池能量密度可以 达到 750kJ/kg左右；镍氢（NiMH）电池的能量密度略低一些 ， 大约为200kJ/kg （而汽油的能量密度为44MJ/kg） 。单节Li+电池的端电压约为3.7V ， 要想直接驱动多个串联的LED ， 则需把多节电池串联在一起 ， 但这会带来功率 分配等设计问题 ， 用户也往往首选单节电池供电的方案 。
2 采用连续boost模式驱动LED灯串
以常见的boost配置拓扑为例 ， 例如：标准的MAX16834 HB LED驱动器评估板（EV） MAX16834EVKIT （图1） 。
文章插图
为了向开关MOSFET提供足够的栅极驱动电压 ， MAX16834要求工作电压至少为4.5V ， 以便MOSFET进入低阻导通状态 。对于采用n沟道FET工作在boost模式的HB LED驱动器 ， 这者要求很常见 。
单节Li+电池的驱动电压可能低至3V ， 无法支持电路中FET及其它电路的正常工作 。这就需要将电池电压提升到较高电压 ， 器件即可正常工作 。
文章插图
图2:HB LED 驱动器和升压转换器
为了消除电池放电期间对电压的影响或电池阻抗的升高 ， 可采用大电流、低电压电源代替电池 ， 从而使输入电压保持基本稳定 ， 通过改变LED 驱动电流改变系统负载 。
LED 调光能以两种方式进行：模拟调光和脉冲宽度调制（PWM） 调光 。模拟调光简单地调节LED 串的 DC 电流 ， 以改变 LED 的光输出 ， 而 PWM 调光则 改变 LED 串中恒定电流的占空比 ， 以有效改变 LED 串中的平均电流 ， 以此实现调光 。尽管模拟调光的简单性富有吸引力 ， 但是这种方式对很多应用不合适 ， 因为 模拟调光仅在 10:1 的亮度调节时 ， 就损失超过25%的准确度 ， 而且这种调光方式使 LED 产生色彩失真 。相比之下 ， PWM 调光可以在准确度没有任何显著损 失的情况下 ， 产生 3000:1 以及更高的调光比 （在 100Hz 时） ， 而且 LED色彩没有改变 。
文章插图
图3：用于汽车前灯、具备25:1的内部 PWM 调光、效率为94%的升压模式 LED 驱动器
3LED 路灯控制器系统结构
LED 路灯控制系统结构框图如图4所示 ， 本系统中关键部件是控制器 ， 控制器的功能主要有：
文章插图
图4控制器结构框图
（1）白天对太阳能电池板的电压和电流进行检测 ， 通过 MPPT 算法追踪太阳能电池板最大输出功率点 ， 使太阳能电池板以最大输出功率给蓄电池充电 ， 并控制太阳能电池对蓄电池进行充电的方式;（2）控制光电互补自动转换 ， 晚上控制蓄电池放电 ， 驱动 LED 负载照明;当在太阳光照不足或阴雨天气 ， 蓄电池放电电压达最低电压时 ， 能自动切换到市电供 LED 路灯点亮;（3）对蓄电池实行过放电保护 、过充电保护、短路保护、反接保护和极性保护;（4）控制 LED灯的开关 ， 通过对外环境监测 ， 可以控制 LED 灯开灯、关灯时间 。
4充电电路及输出控制
4.1 充电电路
充电电路用来调节充电电流与电压 ， 使太阳能电池板稳定地对蓄电池充电 。由于每天在各个时段太阳能电池板所转换的太阳辐射能不同 ， 使得太阳能电池输出 的电流和电压各不相同 ， 这就需要通过必要的充电电路来控制 。本电路就是用 TL494 实现的电压型脉宽调制（PWM）控制电路 ， 电路图如图5所示 。
文章插图
图5充电电路
编辑点评：本文所采用最新技术、高容量Li+电池提供照明解决方案 ， 避免多级电源转换而导致的效率低下问题 ， 有助于延长电池使用寿命 。通过对LED 路灯系统设计和实际测试观察 ， 其结果基本符合设计要求 。
电子发烧友《无线通信特刊》 ， 更多优质内容 ， 马上下载阅览
文章插图
【详解LED设计原理及调光电路设计 —电路图天天读_244】
推荐阅读
- LED驱动器设计照明系统电路解析 —电路图天天读_231
- LED显示屏系统电路设计详解 —电路图天天读_224
- LED照明电源电路拓扑结构设计详解 —电路图天天读_215
- LED调光控制电路设计图剖析 —电路图天天读_213
- LED控制系统电路设计与研究 —电路图天天读_203
- LED驱动控制系统电路模块深度解析 —电路图天天读_195
- 高压线性恒流LED驱动电路剖析 —电路图天天读_193
- 智能LED台灯设计方案与电路详解
- 采用LED调光的FET电路设计与波形分析
- 多位LED显示硬件电路设计详解