基于PSoC大功率LED恒流源驱动器的设计

苗 涛 姚海瑞 李 俊

(南京工业大学自动化与电气工程学院，江苏 南京 211816)

0 引言

随着照明事业的不断发展，LED因其优越的节能环保特性而成为照明业的发展潮流。但当LED导通时，只要LED上的电压发生微小变化，就会引起电流很大变化，甚至可能导致LED发热损坏。如采用恒流源驱动，LED上流过的电流将不受电压变化以及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。因此，恒流源驱动是最佳的LED驱动方式。

目前广泛采用的恒流源有两种形式:一种是开关电源式恒流源，另一种是线性电源改进型恒流源。这两种形式都比较复杂，适用范围小。本文拟研究一种低成本新型恒流源驱动器件，其可在输入电压变化较大的范围内工作，而且输出恒流可调，精度高。该器件也可在多种需要恒流源的场合下使用。因此，该课题的研究具有一定的实用性及经济性［1－2］。

1 基于PSoC控制方案的设计

LED驱动恒流源一般采用三极管和储能元件反馈实现恒流或者采用稳压器输出恒定电压，通过电阻调节电路实现恒流。该方案利用功率MOSFET的恒流特性，再加上电流反馈电路，使得该电路的精度很高［1－3］，并可以结合片上可编程系统 (programmable system-on-chip，PSoC)构成数控电流源。

为了防止恒流源电路中的较大电流对控制部分产生干扰，将辅助电源和主回路电源分成独立的两部分，输入电压经变压器降压后分别供给主回路整流器和辅助电源整流器。整流滤波电路采用桥式整流、低通滤波，再经过三端稳压器稳压后输出作为辅助电源，基准电压是由辅助电源产生［4－5］。

系统工作原理如图1所示。

图1 系统工作原理图Fig.1 Principle of the system

图1中，输入电压经过整流滤波作为主回路电压，输出电流通过采样电阻转换成电压信号送到PSoC，通过设定值比较运算后产生PWM控制波，最后由调整电路实现电流设定。

系统整体结构如图2所示。图2中，首先预置所需电流值，微处理器通过比较运算预置电流值和基准电压后输出相应信号，控制主电路调整电路，从而实现电流调节。实际输出的电流再通过采样电阻采样变成电压信号反馈到PSoC中。PSoC将反馈信号与预置值比较，调整输出控制信号。这样就形成了负反馈调节，以提高输出电流的精度。采样电流信号送到PSoC中，通过显示电路实现电流值显示。

图2 系统整体结构图Fig.2 Overall structure of the system

处理器采用Cypress CY8C24794微控制器。PSoC设计先完成芯片内部资源规划，其具体流程为:确定系统需求、选择用户模块、放置用户模块、设置全局变量和用户模块参数、定义输出引脚、产生应用代码、编辑应用代码［6－8］。

2 软件系统设计

软件系统的任务主要有A/D转换、D/A转换和调整处理等。主系统加电后，首先完成系统初始化，打开中断;无线信号扫描程序。获取预置电流值后，根据预置值完成设定电流值，并通过LCD显示输出电流值及系统工作是否正常［4］。主程序流程如图3所示。

图3 主程序流程图Fig.3 Flowchart of the main program

当系统运行异常而导致输出电流过大时，若无保护功能，将造成严重后果。因此，在硬件方面，选取带有过流、短路保护功能的集成线性稳压电路;在软件方面，当预置电流或采样电流值超过限定值时，控制系统输出的控制信号为0，则主电路输出的电流也相应为0，同时LCD显示“工作不正常”。这样系统得到双重保护，能确保其工作安全可靠［2］。

3 在智能照明中的应用

PSoC采用发射芯片CYRF7936，采用赛普拉斯宽带(cyprees fidelity，CyFi)方案。2.4 GHz频段非常拥挤，且干扰和噪声强。该解决方案采用了直接序列展频(direct sequence spread spectrum，DSSS)将数据编码成更长串的比特流或片码经过调变载至射频信号后传送出去;接收端将收到的信号解调之后，再用直接序列展频编码相反的程序将数据解出。同时，方案还具有多通道、低功耗等特点［9］。

在CyFi方案中，PSoC采用发射芯片CYRF7936实现物联，以集中实时地控制众多大功率LED，方便管理和故障诊断。这种方法可以运用于楼宇、路灯、特殊灯光效果等环境中，实现智能照明控制［10］。

4 结束语

本系统以具有丰富片上资源的赛普拉斯PSoC作为控制核心，减少了外部电路设计，节约设计时间和板上面积，降低了功耗，易于调试，使得输出电流大小更精确，而且减少了成本和干扰影响。其可在输入电压变化较大的范围内工作，而且输出恒流可调，精度高。PSoC采用发射芯片CYRF7936和CyFi方案，可以实现众多大功率LED的集中实时控制，方便管理和故障诊断。

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