何惠龍 石建國 黃龍威

摘 要：目前LED主要應(yīng)用在室內(nèi)照明、市政亮化工程照明等場所，對一些比較特殊的場合，如戶外應(yīng)急照明、汽車照明、海洋捕撈、夜航燈照明等較為少見。為此本文采用ST公司的STM8單片機和Linear公司的LT3791驅(qū)動芯片，實現(xiàn)了一款高可靠性、高效率、適合較寬直流輸入電壓范圍的大功率LED驅(qū)動電源，并實現(xiàn)了過溫保護、過壓保護、自適應(yīng)調(diào)光等功能。

關(guān)鍵詞：LT3791； BUCK-BOOST； STM8S003F3

中圖分類號：TM923 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

目前LED戶外照明除了用于道路照明和景觀照明外，還用于野外露營照明、野外機動照明、應(yīng)對自然災(zāi)害的應(yīng)急照明等。相對于道路照明，野外機動照明的工作環(huán)境更為苛刻，且均以低壓電池供電為主、適配器供電為輔的方式工作。在此情況下，如何提供穩(wěn)定、高效的恒流驅(qū)動器，給電路設(shè)計提出了巨大的挑戰(zhàn)。

由于單個鉛酸電池工作電壓在11.8V—12.6V之間、磷酸鐵鋰電池單節(jié)電壓在2.6V—3.6V之間、鋰電池單節(jié)電壓在3.4V—4.2V之間。一般情況下鋰電池、磷酸鐵鋰電池以串并的方式工作。若按3串計算，磷酸鐵鋰電池組電壓在7.8V—10.8V之間，鋰電池組電壓在10.2V—12.6V之間；若按4串計算磷酸鐵鋰電池組電壓在10.4V—14.4V之間，鋰電池組電壓在13.6V—16.8V之間。目前已安裝的以鉛酸電池為主的LED照明電源不適合電池設(shè)備維護后的工作環(huán)境，只能對供電電路進行更改，維護成本非常高。

本文設(shè)計一款直流寬電壓輸入的LED驅(qū)動器，采用性價比較高的微控制器、恒流驅(qū)動器，利用溫度傳感器、光敏傳感器和PWM調(diào)光等實現(xiàn)高可靠性的照明，具有成本低、效率高，可靠性強等優(yōu)點，可滿足一般照明、特殊照明等應(yīng)用需求。

1總體設(shè)計

本設(shè)計采用了STM8S003F3微控制器、LT3791驅(qū)動控制器、溫度傳感器、光敏傳感器等，實現(xiàn)了高效率的LED電源。功能框圖如圖1所示。

微控制器作為本設(shè)計的重要部件，為保證LED電源的可靠工作，要求微控制器需滿足工業(yè)級要求，其次還要有一路硬件PWM，四路AD轉(zhuǎn)換，為減小系統(tǒng)功耗和硬件成本，微控制器須有內(nèi)部的低頻時鐘。結(jié)合硬件的通用性、可靠性、性價比等因素，綜合考慮，采用STM8S003F3作為本設(shè)計的控制器。具有8KBytes的Flash，128Bytes的內(nèi)部EEPROM，兩個16位的定時器，一個8位的定時器，高達(dá)五路的AD轉(zhuǎn)換。

LED開關(guān)恒流驅(qū)動器有BUCK、BOOST等類型結(jié)構(gòu)，對于BUCK型電路，輸入電壓低于LED壓降時將無法工作；對于BOOST電路，輸入電壓高于LED壓降時將可能導(dǎo)致LED損毀。故本設(shè)計采用了BUCK-BOOST電路結(jié)構(gòu)的LT3791驅(qū)動器，其可使輸入電壓VIN高于、低于或等于輸出電壓VOUT，其效率可高達(dá)98%，輸入電壓4.5V-60V，輸出電壓0-60V，LED電流精度±5%，可使用PWM調(diào)光。

2硬件設(shè)計

本設(shè)計具體電如圖2所示。使用STM8S003F3內(nèi)部16MHz高速振蕩器，分頻因子為8，即工作頻率為2MHz，由LT3791產(chǎn)生的3.3V輔助電源供電。微控制器的PD2為模擬信號輸入引腳，實時檢測輸入電壓，當(dāng)輸入電壓異常時，控制器的PC3引腳會置底，使得L3791恒流轉(zhuǎn)換器進入待機模式。同時PB4、PD3檢測LED燈具的溫度和照度，當(dāng)出現(xiàn)異常時通過PC6輸出PWM調(diào)節(jié)LED的亮度或者關(guān)斷LT3791恒流轉(zhuǎn)換器。為了方便檢測LED的開路或短路，微控制器的PC5和PB5引腳分別接與LT3791的OPENLED和SHORTLED相接。

當(dāng)輸入電壓遠(yuǎn)小于輸出電壓時LT3791工作在升壓模式，開關(guān)管Q1始終導(dǎo)通，Q3始終關(guān)閉，每個周期開始時先導(dǎo)通Q4給電感L3儲能，然后關(guān)閉Q4，打開Q2釋放L3的能量到C13濾波電容，最后輸出給LED。當(dāng)輸入電壓遠(yuǎn)大于輸出電壓時LT3791工作在降壓模式，開關(guān)管Q2始終導(dǎo)通，Q4始終關(guān)閉，Q1和Q3互補導(dǎo)通，使L3的能量到C13濾波電容，最后輸出給LED。當(dāng)輸入電壓約等于輸出電壓時LT3791工作在升降壓模式，開關(guān)組合（Q1、Q3）和（Q2、Q4）按照先后時序?qū)ɑ蜿P(guān)斷。

3軟件設(shè)計

本系統(tǒng)的軟件流程如圖3所示。上電/復(fù)位并執(zhí)行初始化操作后，進入實時檢測模式，檢測系統(tǒng)供電電壓，如果供電存在異常，且異常電壓持續(xù)時間較長，系統(tǒng)便自動關(guān)閉電源輸出，直到電壓恢復(fù)正常。

當(dāng)監(jiān)測到輸入電壓異常后須將異常行為記錄在內(nèi)部EEPROM中，記錄格式如表1所示。

LED溫度保護的軟件流程圖如圖4所示。系統(tǒng)每隔1秒鐘采集一次LED燈具的溫度，判斷是否在合適的工作范圍內(nèi)，如果溫度過高系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)LED亮度，使得LED的溫升降低，直到溫度達(dá)到平衡。

自適應(yīng)PWM調(diào)光軟件流程如圖5所示。系統(tǒng)根據(jù)采集到光敏電阻的AD值自動計算需要輸出的脈寬以調(diào)節(jié)LED的亮度。

結(jié)語

本文設(shè)計的LED驅(qū)動電源，實現(xiàn)了輸入6.0～60V電壓下能正常驅(qū)動33.5V1A的LED燈串（10串LED）。實際測試12V輸入電壓下，效率高達(dá)96%，實現(xiàn)了輸入過壓保護、輸入過流保護、輸出短路保護、輸出開路保護、過溫保護等功能，并在實際應(yīng)用中實現(xiàn)了環(huán)境的自適應(yīng)調(diào)光，系統(tǒng)運行穩(wěn)定。與采用Flyback、BUCK、BOOST的電路結(jié)構(gòu)相比，效率更高、適應(yīng)輸入電壓范圍更寬。相信在比較特殊的LED照明領(lǐng)域會有較普及的應(yīng)用。

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