LED作為一種出現時間最晚的照明技術
，其優點不僅體現在發光質量方麵
，在生產
、製造
、易用性方麵都要大大超越白熾燈、熒光燈等傳統光源。受到熒光燈發光原理的啟發，LED生產商通過在高亮度藍光LED管芯上加一層熒光粉，用藍光激發熒光粉發出白光。此外
，通過采用不同的熒光粉，可發出色溫為4500～10000K及色溫為2850～3800K的多種白光LED，白光LED的發光效率大都已超過301m/W，某些產品已超過50lm/W的水平，具備了正式大規模實用化的基礎。RGB三色LED合成白光綜合性能好，在高顯色指數下，流明效率有可能高到2001m/w，要解決的主要技術難題是提高綠光LED的電光轉換效率
，目前其隻有13%左右。對於LEDjifayingguangfenfaguangeryan，sanjisehunguangkeyibimianqianzheguangpufenbubulianxu，xiansexingbuhaodengquedian，tongshisanjisehunguangderenyanshushidukedadatigao，yousanjisePWM調製後可以根據需要在同一光源實現多色和全彩色照明。

LED照明驅動設計理念及方案

設計大功率半導體驅動，首先要從發光芯片選擇及光源實現；驅動電路設計

，二次光學設計；設備封裝三個方麵考慮。

在LED照明中
，有單色LED激發熒光粉發光的成功設計案例，但考慮到這種方案出光難以實現全光譜、高顯色
，在本次設計中采用RGB三基色混光光源，及對紅綠藍三種單色LED芯片單獨驅動，分別發光實現光源的完成。為了滿足大功率輸出下的照度穩定，要實現對LED溫(wen)度(du)衰(shuai)減(jian)的(de)補(bu)償(chang)，同(tong)時(shi)也(ye)要(yao)對(dui)啟(qi)動(dong)時(shi)的(de)浪(lang)湧(yong)脈(mai)衝(chong)和(he)電(dian)流(liu)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)波(bo)動(dong)做(zuo)出(chu)補(bu)償(chang)。在(zai)二(er)次(ci)光(guang)學(xue)設(she)計(ji)時(shi)主(zhu)要(yao)考(kao)慮(lv)三(san)基(ji)色(se)混(hun)光(guang)，在(zai)積(ji)分(fen)球(qiu)混(hun)光(guang)和(he)光(guang)纖(xian)耦(ou)合(he)的(de)對(dui)比(bi)中(zhong)選(xuan)擇(ze)光(guang)纖(xian)耦(ou)合(he)
，將(jiang)三(san)色(se)芯(xin)片(pian)的(de)出(chu)光(guang)通(tong)過(guo)光(guang)纖(xian)耦(ou)合(he)混(hun)光(guang)後(hou)輸(shu)出(chu)。

LED光學特性及電氣特性

對於超高亮LED的特性，當正向電壓超過某個閾值(約2V)
，即通常所說的導通電壓之後，可近似認為，IF與VF成正比。當前超高亮LED的最高IF可達1A，而VF通常為2～4V。由於LED的光特性通常都描述為電流的函數，而不是電壓的函數
，采用恒流源驅動可以更好地控製亮度。此外
，LED的正向壓降變化範圍比較大(最大可達lV以上)
，VF的微小變化會引起較大的IF變化
，從而引起亮度的較大變化。所以
，采用恒壓源驅動不能保證LED亮度的一致性，並且影響LED的可靠性、壽命和光衰。因此，超高亮LED通常采用恒流源驅動。LED的光通量與溫度成反比，85℃時的光通量是25℃時的一半，而-40℃時的光輸出是25℃時的1.8倍。溫度的變化對LED的波長也有一定的影響
，因此，良好的散熱是LED保持恒定亮度的保證。

混光方案

三基色加性混光是指光的三原色混合可以得到白色光源和灰度光。對於LED，根據國際照明委員會CIE發布的色度圖知道
，光的色彩與三基色R、G、B的比例有關，並且有r(λ)+g(λ)+b(λ)=1。LED取RGB合成白光這種辦法的主要問題是綠光的轉換效率低，現在紅綠藍LED轉換效率分別達到30%、10%和25%，由於合成白光所要求的色溫和顯色指數不同，對合成白光的各色LED流liu明ming效xiao率lv也ye有you不bu同tong。當dang對dui三san個ge發fa光guang芯xin片pian提ti供gong不bu同tong比bi例li的de脈mai寬kuan電dian流liu時shi，可ke以yi輸shu出chu不bu同tong灰hui度du的de照zhao明ming光guang源yuan
，如ru果guo對dui於yu混hun光guang比bi例li實shi現xian多duo級ji的de灰hui度du計ji算suan，即ji可ke接jie近jin全quan彩cai色se調tiao光guang。為wei了le提ti高gao混hun光guang效xiao率lv，常chang用yong的de方fang案an有you積ji分fen球qiu混hun光guang
、混(hun)光(guang)棒(bang)混(hun)光(guang)。為(wei)了(le)減(jian)小(xiao)器(qi)件(jian)封(feng)裝(zhuang)體(ti)積(ji)，本(ben)方(fang)案(an)運(yun)用(yong)光(guang)纖(xian)耦(ou)合(he)混(hun)光(guang)，即(ji)使(shi)三(san)芯(xin)片(pian)發(fa)出(chu)的(de)光(guang)經(jing)過(guo)凸(tu)透(tou)鏡(jing)注(zhu)入(ru)位(wei)於(yu)焦(jiao)點(dian)處(chu)的(de)光(guang)纖(xian)，並(bing)在(zai)光(guang)纖(xian)中(zhong)進(jin)行(xing)混(hun)光(guang)，混(hun)光(guang)通(tong)過(guo)光(guang)纖(xian)出(chu)送(song)至(zhi)凹(ao)透(tou)鏡(jing)輸(shu)出(chu)。
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LED驅動電路設計

整個電路分三部分：a.開關電源，實現市電向低壓恒流LED適應電流的轉換
；b.PWM調製電路，實現對LED出光效率的控製
；c.控製電路
，實現對開關電源和PWM的連接和控製，實現混光後對出光灰度的控製。

1、基於MAXl6801/16802的AC/DC開關電源

高亮度(HB)LED驅動器控製集成芯片MAXl680l/16802基本滿足了實際LED驅動器關鍵電路的要求，可用於高亮度照明和顯示應用，可進行85～265V的AC整流電壓輸入，需要精度調節LED電流時，可利用片上的誤差放大器以及精度為1%的基準。通過片內PWM亮度調節也可以實現較寬的亮度調節範圍。
MAXl6801/16802內部功能如圖1所示。
單個LED芯片的驅動電路如圖2所示。
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對於電路各個端口之間功能的描述：

UVLO/EN：外部可編程欠電壓鎖定。UVLO設置輸入啟動電壓。將UVLO連接至GND可禁止器件工作。DIM/FB：低頻PWM亮度調節輸入/誤差放大反向輸入端。COMP：誤差放大器輸出。在高亮度LED電流調節應用中，將補償元件連接在DIM/FB和COMP之間。

CS：電流感應信號連接端，用於電流調節。戒指檢流電阻高端。可以甩RC濾波器除去前沿上的毛刺。GND：功率地。NDRV：外部N溝道MO-SET柵極連接端。Vcc：柵極驅動電源。內部由IN降壓得到。Vcc與GND之間接一隻10nF以上的去耦電容器。IN：IC電源。IN與GND之間接一隻10nFt以上的去耦電容器。自舉工作模式下MAXl6801
，可以在輸入電源和IN之間接一個啟動電阻。偏置繞組電源連接至該點。對於MAXl6802，IN直接接+10.8～+24V電源。

2
、單一LED芯片的PWM控製電路

由於紅綠藍三種LED的電光轉換效率不一致，並且在混光時對於紅綠藍三基色的配比不同
，故要對三色芯片單獨調製。調製芯片選NCP-1200，該芯片是安森美半導體公司(ONSemiconductor)推出的一款電流型PWM控kong製zhi器qi。其qi應ying用yong電dian路lu隻zhi需xu要yao使shi用yong很hen少shao的de外wai圍wei元yuan件jian，使shi設she計ji更geng加jia緊jin湊cou。另ling外wai，芯xin片pian內nei集ji成cheng輸shu出chu短duan路lu的de保bao護hu電dian路lu，使shi成cheng本ben可ke進jin一yi步bu降jiang低di。模mo塊kuai中zhong有you兩liang種zhong反fan饋kui類lei型xing：第一種是輸出電壓反饋，輸出電壓采樣值VSS和單片機提供的設定值進行比較，通過光耦來控製NCPl200芯片陽腳的電壓
，調整DRV腳輸出PWM的脈寬來控製場效應管的導通和關斷時間，從而達到調整輸出電壓值的目的。另一路反饋是電流限流反饋
，當采樣到的輸出電流值ISS超過單片機提供的最大限流值IPWM後，比較器輸出正電壓使得光耦最大導通
，將FB腳電壓拉低
，使得NCPl200輸出PWM脈寬減小，從而達到限流的目的。當輸出電流小於單片機提供的限流值時，限流反饋不起作用。
單色控製電路框圖如圖3所示。
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3、實時控製三基色電路

在對NCPl200的控製中
，使用ATmega8515單片機。ATmega8515的輸入端為用戶設置和溫度反饋及光強反饋
，輸出端是對NCPl200中PWM調製脈寬的控製信息。
在ATmega8515的I/O口可通過鍵盤、撥號開關實現多控製信號設置。也可以依照計算好的三色混光比例與三芯片PWM表將全彩色的各種脈寬配比編程輸入單片實現快速變色。

4
、總體框架

為了保證LED由於發熱引起的光強衰減得到補償，在輸出端加上了溫度反饋及光強反饋
，用於修正發熱引起的光衰減。總體結構如圖4所示。
結束語

為了實現大功率全彩色的LED照明

，設計了以MAXl6801/16802為核心的開光電源供電
，通過PWM調節分別對紅綠藍三基色芯片供電的RGB-LED照明驅動設計方案。此設計考慮了LED芯片在工作中隨溫度上升而產生發光衰減、輸出波長漂移、流明衰減等實際問題，並作出相應的補償。實現了一定程度上的灰度調節。在以ATmega8515單(dan)片(pian)機(ji)為(wei)核(he)心(xin)的(de)控(kong)製(zhi)係(xi)統(tong)下(xia)，利(li)用(yong)溫(wen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)光(guang)電(dian)傳(chuan)感(gan)器(qi)作(zuo)為(wei)反(fan)饋(kui)信(xin)息(xi)源(yuan)，實(shi)現(xian)了(le)自(zi)適(shi)應(ying)控(kong)製(zhi)。實(shi)驗(yan)證(zheng)明(ming)此(ci)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)運(yun)行(xing)良(liang)好(hao)
，可(ke)實(shi)現(xian)一(yi)定(ding)程(cheng)度(du)上(shang)的(de)多(duo)色(se)照(zhao)明(ming)，運(yun)用(yong)於(yu)戶(hu)外(wai)照(zhao)明(ming)和(he)景(jing)觀(guan)照(zhao)明(ming)。

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