LED路灯电源及智能调光设计方案

本文设计的LED路灯驱动电路采用市电供电且不用电源变压器，驱动电路体积大为减少。驱动电路实现恒流驱动的同时带有PFC功能，符合当前绿色环保的要求；智能调光电路采用PWM调光方式，LED发出较纯的白光，不产生色偏。驱动电路是由HV9931控制的Buck-Boost-Buck电路，直接由市电供电实现恒流驱动且带有PFC功能；调光方式采用PWM调光，用TLS2561作为光强度传感器，由PIC16C62控制产生PWM调光信号控制HV9931实现智能调光。

实验结果表明该电路转换效率高，功率因数高，输入电流的THD小，白光LED路灯光色纯正而且节能，很有市场前景而且有进一步研究的价值。

1引言

LED被认为是绿色的第四代光源，是一种固体冷光源，具有高效、寿命长、安全环保、体积小、响应速度快等诸多优点，目前已经在城市景观装、交通信号与商业广告上广泛应用。近年来随着制造工艺的不断发展，大功率高亮度LED性能不断提升，价格不断下降，目前达到同样的明明效果，LED的耗电量大约是白炽灯的1/10，荧光灯的1/2[2].这些都使得其开始应用于一般照明中，而且很有发展前景，大有取代白炽灯和荧光灯这些传统光源的趋势，世博会上LED灯的应用可以说代表着这个方向。LED调光可以节能，高亮度白光LED的驱动和调光是近年来研究的热点，本文在这方面进行了些研究，并设计了一款带有功率因数校正的LED路灯驱动和智能调光系统。

2LED特性、驱动要求及调光方式

LED的理论光效为300lm/W.目前实验室水平达260lm/W，市场化水平在120lm/W以上。高亮度LED的一般导通电压约为3.0~4.3V，但其核心仍是PN结，其伏安特性与普通二极管相同。当加在LED上电压小于其导通电压时，LED上几乎没有电流通过。但当LED导通后，其正向电流随正向电压按指数规律变化，很小的电压波动就会引起很大的电流变化。在导通区电压从额定值的80%上升到100%，电流则从其额定值的0%上升到100%.

图1LED相对光通量与正向电流关系

图1是LED相对光通量和其正向电流IF的关系图。图中可以看出LED的光通量和其正向电流成正比的关系，因此可能通过控制LED的正向电流来控制其发光亮度。LED若采用恒压源驱动，很小的电压变化将引起很大的电流变化，因此恒压驱动只适用于要求不高的小功率的场合下。在要求高的场合和大功率的场合下LED都要采用恒流驱动。研究表明，LED发光亮度随工作时间下降，亮度下降后光效随电流的增加而减少，LED的亮度与驱动电流成饱和关系。LED的电流达到其额定电流的70%~80%后，很大比例的电流转化成了热能，因此LED的驱动电流宜为工作电流额定电流的70%~80%。在恒压驱动或PWM调光中，最大电流不宜超过最小电流的3倍，否则的话冲击电流会大大减少LED的使用寿命[8].目前来说市场化单个LED的功率都不大，大都在10W以下，实际用于照明是把多个LED按一定方或串并联之后形成LED阵列。

从图1也可得出，改变LED的电流即可改变LED的亮度。改变电流有两种方式，相应的LED调光也有两种方式。一种是连续调节LED中电流的大小来改变LED的亮度，这种方式称之为模拟调光，通过LED中的电流是连续的；另一种是通改变LED流过电流的时间与关断的时间之比来改变LED的亮度，LED流过电流时电流是恒定的，关断时流过LED的电流为零，这种方式称为PWM调光，它是通过人眼察觉不到的频率快速的开关LED，开关频应不小于100Hz.两种调光方式当流过LED中的平均电流相同时，其效果是一样的。由于LED在某一大小特定的电流时会发出最纯的白光，随着电流偏离这个值，会有色偏。另外，LED的响应时间只有几纳秒到几十纳秒，很适合频繁开关的场合，所以LED调光以PWM调光方式好，此外这种方式还有利于LED散热。