0 引言
由于当前温室效应和能源危机的影响,使得人们对节能技术越来越关注。LED照明具有节能、寿命长等优点,LED照明技术作为新型绿色照明技术,目前的应用日趋广泛。LED的白光照明通常是使用蓝、绿、红三原色多芯片LED模组构成,由于这种LED模组中每种LED芯片的老化特性不同,因此色温会随着时间和温度而发生变化,这就给白光LED的使用带来了限制。本文中分析了对白光LED模组的驱动模式,提出了一种新型白光LED模组驱动电路的设计方案。
1 白光LED模组的驱动
对于传统光源的驱动方式而言,大都是以恒定电压的形式存在,这就使得传统光源的驱动十分简单。在线性范围内,LED的发光强度与其驱动电流及正向压降成正比,并随着温度而变化,这就需要恒定的电流来驱动LED。除此之外,白光LED模块有一个重要的指标,就是色温。色温以绝对温度K来表示,某光源与黑体的颜色相同时,就把黑体当时的绝对温度称为该光源的色温。白光LED色温取决于所发出的白光中3种色彩成分的构成比例。
为了调节白光LED模组光源的色温,就需要对白光LED模组里中的蓝、绿、红3个LED芯片的驱动电流进行单独控制,就需要3个独立的恒流驱动电路。目前,恒流驱动电路一般都采用开关模式的PWM控制器来实现,其驱动电流的调节主要分为模拟调节方式和PWM调节方式。
模拟调节方式是利用PWM控制器来对驱动电流进行调节,以稳定LED的驱动电流,得到稳定的输出光强。由于通常PWM控制器的反馈控制信号是一个电压值,所以模拟调节是利用一个测量电阻对输出驱动电流进行采样,并将其转换为反馈电压信号,通过PWM控制器对反馈电压的稳定,从而达到稳定输出驱动电流的目的,电路原理图如图1所示。
使用模拟方式调节输出电流来调节LED输出光强的方法存在一个很大的问题：由于LED的输出波长会随着LED的驱动电流改变而发生变化,这样在不同的输出光强下,白光LED模组的色温就会发生变化。为了克服上述的缺点,人们又开发了对LED驱动电流的PWM调节方式。
2 LED驱动电流的PWM调节方式
PWM调节方式是指在1个周期内使用特定占空比的脉冲驱动波形来驱动LED的方式。LED的平均驱动电流取决于脉冲波形的占空比和LED额定驱动电流,在固定LED额定驱动电流的情况下,通过改变占空比,就可以改变LED的平均驱动电流,从而改变LED的输出光强度。为了避免闪烁效果,通常脉冲波形的频率要大于200 Hz。
凌力尔特公司的LED驱动芯片LT3474是一种额定输出电流可调的LED恒流驱动控制芯片,最大驱动电流可以达到 1 A。它提供了2种驱动方式：模拟调节方式和PWM调节方式。在PWM调节方式下,利用改变外加的PWM信号的占空比,可以实现400：1的调光比。其PWM调节方式的典型应用电路如图2所示,其中外加PWM控制信号由PWM管脚施加。
图3所示为在PWM调节方式下,外加PWM脉冲驱动信号和输出驱动电流的测量结果。从图3中可以清楚地观察到LED驱动电流是受外加PWM信号的控制。其中REF管脚的输出参考电压为1．25 V,如果将VADJ与REF管脚短接,则输出的额定LED驱动电流为最大输出电流(1 A)。对LED的额定驱动电流ILED的调节是通过改变VADJ管脚的电压而实现,可以通过将REF所输出的1．25 V参考电压分压而完成。输出LED的额定电流由下式得到：
而LED的平均电流则由下式得到：
式中：DDIM为外加PWM信号的占空比。
3 色温可调的白光驱动电路设计
为了稳定LED输出光的光强、色温,并实现光强、色温的调节,设计了一种白光LED模组驱动电路,其框图如图4所示,其中使用了分别带有蓝、绿、红滤光片的光强探测器对构成白光LED模组的3种LED光强进行监控,并通过AVR单片机的控制,改变相应的PWM控制信号的占空比,稳定蓝、绿、红3个LED的光强,就稳定了白光LED模组的光强和色温,其中每路LED的驱动电路中都使用了LT3474作为驱动控制芯片。
对输出白光的调节,可以分为光强和色温调节。如果只是改变光强,则等比例地改变3个LED驱动电路中PWM信号的占空比;如果需要改变色温,则通过对蓝、绿、红LED使用不同占空比进行控制,从而实现白光中3种色彩成分比例的调节而调节色温。当然,也可以同时对输出光强和色温进行调节。通过该电路,就真正实现了对白光LED模组的光强和色温的实时控制,而且由于使用了光强探测器的反馈控制,克服由于LED老化而引起的光强、色温变化,并可以根据个人喜好调节LED灯具的光强和色温,达到了良好的照明效果。