LED路灯亮度控制设计

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目前,在高亮度LED路灯驱动器领域,国内外应用较广的主要有“采用专用电源芯片”和“采用分立元件的开关电源”两种主要的技术解决方案,而为了“智能化”的需要,通常在这两种方案的基础上加入单片机作为系统管理的主控芯片,所以这两种解决方案可以归结为“系统管理 + 电源控制”的“传统多芯片技术方案”,存在使用芯片多、硬件结构复杂的缺点,特别是当需要在一个LED路灯驱动器需要驱动多路高亮度LED串时,这种缺点尤为突出。

  原理简介

  新型 Piccolo TMS320F2802x/3x MCU采用最新的架构技术成果及增强型外设,其封装尺寸最少为 38 引脚,能够在低成本的应用中带来32位实时控制功能的优势。实时控制通过在诸如太阳能微型逆变器、LED照明、大型家用电器以及混合动力车载电池等工业、消费类及车载应用中实施高级算法,从而可实现更高的系统效率与精度。

  Buck型开关电源是被广泛应用的电源解决方案之一,通过选择合适的输出电感及开关频率,便可以使系统工作在电感电流连续的模式;基于TMS320F28027的LED Lighting Demo 则是根据Buck型开关电源原理,充分利用TMS320F28027片上PWM(多达8路PWM输出)及ADC(多达16通道ADC)等外设资源并结合相应的控制算法实现电流的闭环控制。

如图所示,系统包括主控芯片TMS320F28027、驱动电路、开关元件、反馈网络、储存系统配置信息的片外存储器、数据采集接口及系统扩展接口等七个模块。主控芯片上电复位后从片外存储器中加载LED亮度、亮灭时段、亮灭方式等参数的设定值作为控制参数,通过对这些控制参数及反馈量(包括数据采集接口所采集的电网电压、环境亮度、系统温度等参数)的算法处理,得到PWM信号的频率及占空比,进而输出PWM信号,PWM信号经过驱动电路放大后则用于驱动开关电源中的开关元件,使系统对高亮度LED路灯进行供电,而LED路灯两端的电压大小及流过LED路灯的电流大小则通过反馈网络馈送回主控芯片,以实现对控制效果的校正。系统提供的扩展接口,用以与其他外设模块进行数据交互,以方便在实际应用中对驱动器的功能进行扩展,如通过扩展接口挂载Zigbee或GPRS模块,以实现对驱动器的组网管理及远程维护。

  方案特性

  基于TMS320F28027的高亮度LED驱动单芯片解决方案,将系统管理及电源控制合二为一,降低了硬件设计的复杂程度,同时又兼顾了驱动输出路数设计的灵活性,可通过改变控制芯片外围的存储器中的内容,实现对LED电流大小、亮灭时段、亮灭模式、环境亮度及系统温度等控制参数的定制,还可通过MCU的数据接口对系统进行组网管理和远程维护。基于TMS320F28027的高亮度LED驱动单芯片解决方案具有以下特性:

  低成本——单芯片解决多路恒流控制,省去专用的恒流芯片,有效地降低了系统成本

  高效率——非隔离开关电源,没有变压器的漏磁损耗,转换效率高,系统满载时整体效率高达95%

  驱动能力强——8路非隔离恒流驱动输出,可驱动8串(每串不少于14个)LED,总输出功率不低于100W

  控制灵活——采用高性能DSC作为控制核心,可充分发挥32位实时控制功能的优势,每路LED的电流大小、亮灭方式等均可独立控制

  扩展性好——预留温度、亮度、色温等检测接口,支持串口、I2C等数据接口,为系统集成做好了铺垫(如对LED路灯进行Zigbee组网、扩展GPRS模块等)

  此外,该方案支持12位的ADC分辨率,支持256步长灰阶控制;宽电压输入范围,采用附加系统电源时,输入电压可高达100V;控制系统及LED串共用一路DC电源时,高达60V;支持欠压锁定和过压保护,支持过温保护扩展、空载检测、过流保护、亮度断电自动保存、四通道分组延迟降噪。

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