采用混合信號高電壓單片機實現(xiàn)LED降壓-升壓驅(qū)動電路

ｌｅｄ背景知識　　近年來，ｌｅｄ逐漸成為一種可行的新興光源，它們已經(jīng)不再僅僅用作電子設(shè)備的“狀態(tài)指示燈”。技術(shù)進(jìn)步使得ｌｅｄ的發(fā)光效率通?？蛇_(dá)白熾燈的三倍多，此外，ｌｅｄ還非常耐用，壽命超過上萬小時?！　♂槍φ彰鲬?yīng)用的大功率ｌｅｄ要采用恒流源驅(qū)動，一些標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動電流常常用在不同ｌｅｄ生產(chǎn)商的產(chǎn)品中，其中，３５０ｍａ和７００?。恚嶙顬槌Ｒ?。根據(jù)串聯(lián)結(jié)的類型和數(shù)量，ｌｅｄ兩端的正向壓降可能不同。許多生產(chǎn)廠商的大功率ｌｅｄ產(chǎn)品都在單個模塊中集成了多個結(jié)。　　驅(qū)動ｌｅｄ的一種簡單方法是采用串聯(lián)電阻來限制電流。線性穩(wěn)壓器或運算放大器也可連接成恒流配置。然而，此類線性方法無法在所需要的功率水平下提供足夠的效率?！　￠_關(guān)電源（ｓｍｐｓ）為ｌｅｄ驅(qū)動提供了效率更高的解決方案，它可以將輸入電壓升／降至適當(dāng)?shù)碾娖?，從而提供所需要的ｌｅｄ電流。系統(tǒng)輸入電壓范圍以及所需要的ｌｅｄ正向壓降決定了對ｓｍｐｓ拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇?！　〗祲海龎恨D(zhuǎn)換器　　當(dāng)供電電壓高于或低于需要的輸出電壓時，使用降壓－升壓轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)。對于電池應(yīng)用來說，降壓－升壓轉(zhuǎn)換器非常有用。降壓－升壓結(jié)構(gòu)還稱為反激式（ｆｌｙ－ｂａｃｋ）變壓器或逆變穩(wěn)壓器。　　降壓－升壓轉(zhuǎn)換器可按圖１的方式實現(xiàn)。這種實現(xiàn)方案的優(yōu)點是可使用簡單的低端ｍｏｓｆｅｔ驅(qū)動器電路，它的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)將產(chǎn)生相對于輸入電壓軌的正電壓，這一降壓－升壓實現(xiàn)方案的缺點是負(fù)載并未以電路地為基準(zhǔn)?！　〔捎茫穑椋悖保叮瑁觯罚福档碾娐穼崿F(xiàn)方案　　圖２顯示了ｌｅｄ驅(qū)動電路的簡單設(shè)計方案，其中采用了一片混合信號高電壓８位單片機，如ｐｉｃ１６ｈｖ７８該電路的輸出相對于電池電壓，而非地電位。逆變器的輸出連接到ｌｅｄ的陽極，產(chǎn)生的電壓值高于輸入電壓?！　。穑椋悖保叮瑁觯罚福祷旌闲盘枂纹瑱C集成了一個８位單片機內(nèi)核和多個片上模擬外設(shè)，包括：　　一個高速雙相位ｐｗｍ電路，對于開關(guān)電源的電流模式控制非常適合?！　蓚€片上運放，可用于放大電流檢測電阻兩端的電壓。這樣可以采用極小阻值的檢測電阻，從而可以降低電路損耗并提高電路的總效率?！　∫粋€高電壓分流穩(wěn)壓器，在輸入電壓更高時也不需要外部５ｖ穩(wěn)壓器?！　∫粋€數(shù)字捕捉、比較和ｐｗｍ（ｃｃｐ）模塊。　　兩個模擬比較器。　　一個１０位ａ／ｄ轉(zhuǎn)換器。　　內(nèi)部時鐘電路，工作頻率８ｍｈｚ?！　∫粋€內(nèi)部精確電壓參考源，不需要昂貴的外部器件?！　∫粋€可編程欠壓復(fù)位（ｂｏｒ）電路。　　運放和比較器的所有引腳都可以通過外部訪問，因此可以實現(xiàn)任意電路配置?！　‰娏鳈z測電路　　電流檢測運放連接成差分放大器，以精確測量電流、檢測電阻兩端的電壓。為簡化電路要求，在電源返回路徑上進(jìn)行電流測量。ｒ１、ｒ２和ｃ１構(gòu)成一個低通濾波器，用來降低可能存在的開關(guān)噪聲。為避免影響控制環(huán)的響應(yīng)，該濾波器的截止頻率必須大于電壓轉(zhuǎn)換器的開關(guān)頻率?！　》€(wěn)流電路　　穩(wěn)定ｌｅｄ電流流量的電路由雙相位ｐｗｍ模塊、內(nèi)部比較器和一個參考電壓源構(gòu)成。雙相位ｐｗｍ模塊是按置位／復(fù)位原理工作的“模擬”式ｐｗｍ模塊。首先，從系統(tǒng)時鐘產(chǎn)生的一個時鐘信號用來周期性地開啟ｐｗｍ輸出。ｐｗｍ時鐘信號確定基本的ｐｗｍ頻率。然后，當(dāng)達(dá)到指定的參考電平時，來自一個片上比較器的復(fù)位信號會關(guān)斷ｐｗｍ輸出?！　》糯蠛蟮碾娏餍盘杻?nèi)部連接到ｐｉｃ１６ｈｖ７８５中比較器１的正輸入端。ｐｗｍ模塊使用ｐｉｃ１６ｈｖ７８５　器件中的捕捉比較外設(shè)（ｃｃｐ１）來產(chǎn)生比較器所需要的參考電壓。采用ｐｗｍ可以更精細(xì)地控制比較器參考電壓。利用ｒｃ濾波器對ｐｗｍ信號進(jìn)行濾波，從而獲得一個模擬電壓并將它輸送給比較器的負(fù)輸入端。　　軟件實現(xiàn)方案　　這一應(yīng)用的軟件部分非常簡單，因為ｌｅｄ電流控制功能是采用模擬方式完成的。一旦所有外設(shè)被設(shè)為使能，并且正確設(shè)置了電流參考值，那么不需要軟件干預(yù)，ｌｅｄ就會持續(xù)發(fā)光。　　然后，應(yīng)用程序代碼可以測量供電電壓（利用片上集成的１０位ａ／ｄ轉(zhuǎn)換器）和供電電流，從而保證驅(qū)動ｌｅｄ工作在恒定功率模式。隨著電池輸入電壓的變化，ｄ／ａ電路（采用ｃｃｐ外設(shè)實現(xiàn)）將產(chǎn)生新的參考電壓值進(jìn)行補償?！　≡O(shè)置ｌｅｄ亮度　　由于單片機內(nèi)核在穩(wěn)定功率方面僅需要花費很小一部分時間，因此更多的時間可用于用戶界面以及提供更多功能，如電池狀態(tài)監(jiān)控和亮度控制。利用這一電路及軟件調(diào)整ｌｅｄ亮度有兩種方法。其中一種