LED Lighting節(jié)能路燈原理分析及其設(shè)計

  大功率高亮度電力LED是一種高效、節(jié)能、發(fā)光壽命長的綠色環(huán)保光源。它是通過調(diào)節(jié)流過LED的電流來實現(xiàn)驅(qū)動，所以對LED路燈的亮度控制一般通過控制LED驅(qū)動電路的輸出電流來實現(xiàn)。目前，在高亮度LED路燈驅(qū)動器領(lǐng)域，國內(nèi)外應(yīng)用較廣的主要有“采用專用電源芯片”和“采用分立元件的開關(guān)電源”兩種主要的技術(shù)解決方案，而為了“智能化”的需要，通常在這兩種方案的基礎(chǔ)上加入單片機作為系統(tǒng)管理的主控芯片，所以這兩種解決方案可以歸結(jié)為“系統(tǒng)管理 + 電源控制”的“傳統(tǒng)多芯片技術(shù)方案”，存在使用芯片多、硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜的缺點，特別是當(dāng)需要在一個LED路燈驅(qū)動器需要驅(qū)動多路高亮度LED串時，這種缺點尤為突出。

原理簡介

新型 Piccolo TMS320F2802x/3x MCU采用最新的架構(gòu)技術(shù)成果及增強型外設(shè)，其封裝尺寸最少為 38 引腳，能夠在低成本的應(yīng)用中帶來32位實時控制功能的優(yōu)勢。實時控制通過在諸如太陽能微型逆變器、LED照明、大型家用電器以及混合動力車載電池等工業(yè)、消費類及車載應(yīng)用中實施高級算法，從而可實現(xiàn)更高的系統(tǒng)效率與精度。
　　Buck型開關(guān)電源是被廣泛應(yīng)用的電源解決方案之一，通過選擇合適的輸出電感及開關(guān)頻率，便可以使系統(tǒng)工作在電感電流連續(xù)的模式；基于TMS320F28027的LED Lighting Demo 則是根據(jù)Buck型開關(guān)電源原理，充分利用TMS320F28027片上PWM(多達8路PWM輸出)及ADC(多達16通道ADC)等外設(shè)資源并結(jié)合相應(yīng)的控制算法實現(xiàn)電流的閉環(huán)控制。

　　如圖所示，系統(tǒng)包括主控芯片TMS320F28027、驅(qū)動電路、開關(guān)元件、反饋網(wǎng)絡(luò)、儲存系統(tǒng)配置信息的片外存儲器、數(shù)據(jù)采集接口及系統(tǒng)擴展接口等七個模塊。主控芯片上電復(fù)位后從片外存儲器中加載LED亮度、亮滅時段、亮滅方式等參數(shù)的設(shè)定值作為控制參數(shù)，通過對這些控制參數(shù)及反饋量（包括數(shù)據(jù)采集接口所采集的電網(wǎng)電壓、環(huán)境亮度、系統(tǒng)溫度等參數(shù)）的算法處理，得到PWM信號的頻率及占空比，進而輸出PWM信號，PWM信號經(jīng)過驅(qū)動電路放大后則用于驅(qū)動開關(guān)電源中的開關(guān)元件，使系統(tǒng)對高亮度LED路燈進行供電，而LED路燈兩端的電壓大小及流過LED路燈的電流大小則通過反饋網(wǎng)絡(luò)饋送回主控芯片，以實現(xiàn)對控制效果的校正。系統(tǒng)提供的擴展接口，用以與其他外設(shè)模塊進行數(shù)據(jù)交互，以方便在實際應(yīng)用中對驅(qū)動器的功能進行擴展，如通過擴展接口掛載Zigbee或GPRS模塊，以實現(xiàn)對驅(qū)動器的組網(wǎng)管理及遠程維護。

方案特性

基于TMS320F28027的高亮度LED驅(qū)動單芯片解決方案，將系統(tǒng)管理及電源控制合二為一，降低了硬件設(shè)計的復(fù)雜程度，同時又兼顧了驅(qū)動輸出路數(shù)設(shè)計的靈活性，可通過改變控制芯片外圍的存儲器中的內(nèi)容，實現(xiàn)對LED電流大小、亮滅時段、亮滅模式、環(huán)境亮度及系統(tǒng)溫度等控制參數(shù)的定制，還可通過MCU的數(shù)據(jù)接口對系統(tǒng)進行組網(wǎng)管理和遠程維護?；赥MS320F28027的高亮度LED驅(qū)動單芯片解決方案具有以下特性：

　　低成本——單芯片解決多路恒流控制，省去專用的恒流芯片，有效地降低了系統(tǒng)成本
　　高效率——非隔離開關(guān)電源，沒有變壓器的漏磁損耗，轉(zhuǎn)換效率高，系統(tǒng)滿載時整體效率高達95％
　　驅(qū)動能力強——8路非隔離恒流驅(qū)動輸出，可驅(qū)動8串(每串不少于14個)LED，總輸出功率不低于100W
　　控制靈活——采用高性能DSC作為控制核心，可充分發(fā)揮32位實時控制功能的優(yōu)勢，每路LED的電流大小、亮滅方式等均可獨立控制
　　擴展性好——預(yù)留溫度、亮度、色溫等檢測接口，支持串口、I2C等數(shù)據(jù)接口，為系統(tǒng)集成做好了鋪墊(如對LED路燈進行Zigbee組網(wǎng)、擴展GPRS模塊等)

　　 此外，該方案支持12位的ADC分辨率，支持256步長灰階控制；寬電壓輸入范圍，采用附加系統(tǒng)電源時，輸入電壓可高達100V；控制系統(tǒng)及LED串共用一路DC電源時，高達60V；支持欠壓鎖定和過壓保護，支持過溫保護擴展、空載檢測、過流保護、亮度斷電自動保存、四通道分組延遲降噪。