数字式LED驱动电源嵌入式设计研究

数字式LED驱动电源嵌入式设计研究

王嵬

广州市泰粤科技股份有限公司 广东 广州 510000

摘要：在世界范围内，由于能源问题日益凸显的今天，人们越来越注重绿色、低碳和环境保护，而灯饰这一重要的消费领域，更是引起了社会各界的广泛关注。LED是一种新型的固体照明技术，以其绿色环保、节能、长寿命、高效率、易于调控等优势，成为目前最有希望的照明技术。目前，针对 LED的动态光照调整，数字 LED的驱动功率不能完全满足要求，因此，本文提出了一种基于数字 LED的驱动功率调整方案。在此基础上进行了 LED驱动电源的研究，并对其性能进行了分析。

关键字：数码发光二极管驱动功率源；

前言

目前，数码发光二极管因其使用寿命长，能耗低，在家电领域占有举足轻重的地位。数字发光二极管通过动态光照来调整亮度，从而提高了荧光屏的显示质量。然而，在动态光调整下，数字式 LED驱动电源的设计仍然存在着若干问题，使其调整不能取得期望的理想效果。作为一种以稳定而闻名的嵌入式系统，它可以通过调整硬件与软件之间的弹性来实现对数字 LED驱动功率的更大提升。藉由本论文之探讨，本论文提出利用一套内建之数码发光二极管驱动电源之概念，以达到最佳之调整效能与效能。

1发光二极管的概况

1.1发光二极管架构

发光二极管是一种固态的可以把电力转化为光能的固态半导体，其中心是一块一头固定在底座上，另一头与供电的正电极相连，另一头与供电的负电极相连，将其包裹在一层绝缘层中。发光二极管的构造由电极、晶圆以及光路三部分构成。结晶圆由两个部分组成，一个是 N型半导体，其中以电子为主，另外一个是 P型半导体，其中以空穴为主。当 LED启动时， N型半导体区的电能会被输入到 P型半导体区，而大部分载流子与不稳定的少流子叠加，则会被转换为光能[1]。

1.2发光二极管的特征

LED的I-V特性是其结构特性中最重要的一个参量，其I-V特性表现为单向导电和非线性。如果 LED的单向导电率被偏置到前面， LED将呈现出较小的电阻率，相反，如果偏置到后面， LED将呈现较高的电阻率。而当 LED的正向电压低于总体门限时，其激励电流较小，此时 LED不再发光。但是，若电压高于总门限，则发光二极管之电流将随著电压之增加而逐步增加，发光二极管将变得愈加明亮[2]。发光二极管在发光时，其工作电压会出现微小的起伏，从而引起发光二极管的电流发生改变，长期的起伏将造成发光二极管工作不稳定，从而降低发光二极管的寿命。然而， LED的I-V性能并非一成不变，它会随 LED的温度而改变，而在温度改变时，电源电流也会随之改变，从而也会对 LED的寿命产生影响。

1.3发光二极管的发光特性

1)具有较高的工作年限。LED灯的使用寿命大概在10000到50000小时之间，比一般的白炽灯要长几倍。采用 LED灯，可以最大限度地降低更换灯具的次数，降低更换费用。

2)具有高的光发射效率。LED属于固体光源，在发光时会将电能转换为光能， LED照明灯的发光效率可达50-2000 l m/W，耗电更少[3]。

3)易于调节的光照调节。LED驱动电源可以使用可控硅调光、模拟调光和脉宽调光等，可以充分发挥 LED调光的特性，在不同的光照强度下，选取适当的光照，进一步减少 LED灯的功耗。

4)生态环境保护。发光二极管不含铅，氙，水银等有毒物质，不会产生任何的污染[4]。

2数字发光二极管驱动器的硬件实现

2.1总的方案

发光二极管驱动器供电之设计，见下表1。在整个设计过程中，数字式 LED主要利用 A/D采集模块来对有关的数据进行整流、滤波和采样，它对数字式 LED驱动电源起到了一种高效的滤波效果，它也是数字式 LED驱动电源的一个重要组成结构。在数字 LED驱动器中，驱动电路是对其功率进行调整和控制的重要依据，而对 LED驱动器进行功率的优化，则可使 LED驱动器具有更好的功率配置[5]。而人类感测模组则可进一步提升发光二极管的感光灵敏度，并可达到智慧化调节之目的。

图 1 LED 驱动电源设计

2.2 A/D 采集模块设计

在数字式 LED驱动电源设计中的 A/D采集模块中，滤波主要是除去直流电流中的交流波，进而高效地输出直流电的过程，整流则是在数字式 LED交流电中采集调节数据，进而将交流电转换成直流电的过程。与整流相比，滤波可以说是一种排除功率干扰的手段，可以有效地避免电源损伤，使 LED电路元件保持正常的工作状态[6]。在 A/D数据获取模块中，选用的滤波器可以较好的调整 LED的滤波特性，从而可以较好的抑制高频噪声。该数字 LED的电源低通滤波电路具有输入端口、输出端口和供电端口，可以在遇到干扰信号时，将其拦截下来。A/D信号收集部分采用了时序逻辑及控制原则，可将所有收集到的信号传送给驱动器。

2.3嵌入式驱动器电路的实现

常规的数码 LED驱动电源工作时工作效率很小，而在具体的使用中，需要将各种材料进行联接。所以，在动态光调整下，需要使用一定的驱动电路来显示普通的数字式 LED的功能，该数字式 LED驱动电源的嵌入驱动电路见图2。从驱动电路可知，所设计的驱动电路具有高效率、低成本的特点，可以对 LED的发光特性进行有效的调控，驱动电路的输入电压为150-250 V，发光材料的连接以串并联为主， A/D采集模块将数据输入到驱动电路中。在嵌入式的系统下，数字式 LED驱动电源可以实现嵌入式连接，通过驱动电路控制 LED只是进行简单的关闭和开启，从而可以对 LED发光亮度进行有效的调节，从而更好地提高 LED光的调节效果。

图 2 驱动电路

2.4 人体感应模块设计

为增强数字 LED驱动电源调光系统的智能化，在嵌入式系统中，设计了一个人体感应模块，它可以在一定的区域内，对 LED灯进行感应，实现 LED灯的开关。人体感应模块设计与电池相连接后，就可以进行光敏控制，光电池还有一个重要的作用，就是在感应光照强度的同时，还可以对光线进行自动调整，从而达到自动调光的目的。其中，人敏模组的核心功能元件有红外传感器、光敏原件等。红外线传感器是一个集成了红外传感元件和外部原始元件的芯片，它是一个能与各种传感器相配合，并能很好地压制和调整各种传感器的信号处理机。

3一种基于数字 LED的控制芯片的开发

3.1实现的软件体系结构

本论文首先介绍了一种基于单片机的数字 LED驱动功率控制系统，并对其进行了详细的分析。在硬件设计方面，在嵌入式系统的硬件设计中，构建了 LED驱动电路，为了达到调光的目的，就必须按照灯光的强度来调整 LED灯的亮度，从信号着手，来进行人工调整。该系统的主要特点是：照明参数的自动化采集；可接受远程控制讯号；身体讯号的自动识别；灯光数据的收集与处理[7]；系统屏幕上显示的数据更新功能；在接受远程控制指令时，可进行判定和判定。

3.2 Software Development

在嵌入式环境下，采用 C语言对数字 LED驱动电源的软件进行了开发， C语言具有灵活性强，功能强，转化率高，操作简单等优点。所以，它被大量地运用在了软件设计中。在数字式 LED驱动电源设计中， C语言开发的程序很清楚，而且它的使用效果很强，而且它的使用效果很好，这更有助于在系统的后期进行功能的拓展，在系统的软件设计开发中，主要利用了仿真器等器件实现了全面的设计操作[8]。

3.3灯光参数获取系统的实现

在数字式 LED驱动电源嵌入式设计系统中，光照数据采集模块的作用是对光照数据进行处理，通过对光照信号进行合理的转换后，将其转化为电压值。照明数据采集模块，主要是利用各种渠道，将数据从单端输入转化为两端输入，并利用转换渠道，对模拟量和速度的倍数进行综合的放大，进而达到对模拟量的高效驱动，在将其转换完毕之后，还需要设置一个数字式信号，来完成数据信号采集。

3.4一种无线远程控制系统的设计

在数字 LED驱动电源设计系统模式下，使用无线远程控制系统，可以让使用者按照自己的需要，对 LED灯光的亮度进行适当的调整。在无线遥控模块中，利用单片机来进行通讯，无线遥控被分成两部分，其中，无线模块的主器件以发射数据为主，而无线模块的从器件则以接收数据为主，只有在数据的传输中，才可以将数据集成到一起，当主从器件传送数据的时候，可以同时实现传输中断，在无线遥控模块中，自动调光模块的光感应需要人工进行调节，再采集准确的信号来进行功能调节。

4.对体系的检验

4.1发光二极管驱动器模组试验

在数字式 LED驱动电源的嵌入式系统的硬件和软件都已经在设计好之后，接下来就是要对系统进行全方位的检测，对于 LED驱动模块的设计，可以从检测驱动效率和输出特性两个方面来进行判定。在驱动不同尺寸的 LED灯时，采用数字 LED驱动电源中的滤波器，对其电压进行高效地调节和测量，再调节输出信号的频率，从而可以对数字 LED驱动电源的驱动性进行测试。通过上述测试和测试，验证了所设计的数字 LED驱动器在经过调节后，具有很好的驱动特性。

4.2型电池与人类感应器模组的试验

在数字式 LED驱动电源嵌入式系统中，电池和人体感应模块是一种自动调光方式，在转换到人体感应模式时，模块中心可以自动地感受到红外线信号，并将信号传递到单片机，经过软件设计后，在光感应中探测到了红外线信号，而在信号脱离人体之后，感应模块将不会再感受到红外线信号，从而将输出电流拉低。通过多次实验，验证了该系统对传感器的敏感程度，以及对传感器的响应程度，并通过对传感器的检测，对传感器的响应程度，进行了智能化的调节功能，最终达到了调节模式的目的。

4结论

本论文的主要研究内容是以数码管为基础的。其中的 A/D采集模块对在动态光调整下的数字 LED数据进行采集、整流、滤波和 A/D变换，获得 A/D采样数据，并将其传送到驱动电路。在此基础上，我们将利用嵌入的方式来改善模数取样，以达到对发光二极管发光强度的理性调控，以及对数字发光二极管发光强度的有效调整。在以嵌入式为平台的基础上，采用C8051F021单片机作为数字 LED的“管理者”，实现了对数字 LED的控制，并在程序中提供了相应的控制流程。同时，本系统还为模数转换器提供了一种数据获取的编程语言。试验证明，该驱动电源具有较强的驱动能力和较高的转换效率。

参考文献

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