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采用混合信号高电压单片机实现LED降压-升压驱动电路
发布时间:2016-11-21 阅读：次 [打印文章] [关闭窗口]LED背景知识
近年来，LED逐渐成为一种可行的新兴光源，它们已经不再仅仅用作电子设备的“状态指示灯”。技术进步使得LED的发光效率通常可达白炽灯的三倍多，此外，LED还非常耐用，寿命超过上万小时。针对照明应用的大功率LED要采用恒流源驱动，一些标准驱动电流常常用在不同LED生产商的产品中，其中，350mA和700 mA最为常见。根据串联结的类型和数量，LED两端的正向压降可能不同。许多生产厂商的大功率LED产品都在单个模块中集成了多个结。
驱动LED的一种简单方法是采用串联电阻来限制电流。线性稳压器或运算放大器也可连接成恒流配置。然而，此类线性方法无法在所需要的功率水平下提供足够的效率。
开关电源（SMPS）为LED驱动提供了效率更高的解决方案，它可以将输入电压升/降至适当的电平，从而提供所需要的LED电流。系统输入电压范围以及所需要的LED正向压降决定了对SMPS拓扑结构的选择。
降压-升压转换器
当供电电压高于或低于需要的输出电压时，使用降压-升压转换器结构。对于电池应用来说，降压-升压转换器非常有用。降压-升压结构还称为反激式(fly-back)变压器或逆变稳电感器厂家压器。
降压-升压转换器可按图1的方式实现。这种实现方案的优点是可使用简单的低端MOSFET驱动器电路，它的拓扑结构将产生相对于输入电压轨的正电压，这一降压-升压实现方案的缺点是负载并未以电路地为基准。
采用PIC16HV785的电路实现方案
图2显示了LED驱动电路的简单设计方案，其中采用了一片混合信号高电压8位单片机，如PIC16HV785。 该电路的输出相对于电池电压，而非地电位。逆变器的输出连接到LED的阳极，产生的电压值高于输入电压。
PIC16HV785混合信号单片机集成了一个8位单片机内核和多个片上模拟外设，包括：
一个高速双相位PWM电路，对于开关电源的电流模式控制非常适合。
两个片上运放，可用于放大电流检测电阻两端的电压。这样可以采用极小阻值的检测电阻，从而可以降低电路损耗并提高电路的总效率。
一个高电压分流稳压器，在输入电压更高时也不需要外部5V稳压器。
一个数字捕捉、比较和PWM(CCP)模块。
两个模拟比较器。
一个10位A/D转换器。
内部时钟电路，工作频率8MHz。
一个内部精确电压参考源，不需要昂贵的外部器件。
一个可编程欠压复位(BOR)电路。
运放和比较器的所有引脚都可以通过外部访问，因此可以实现任意电路配置。
电流检测电路电流检测运放连接成差分放大器，以精确测量电流、检测电阻两端的电压。为简化电路要求，在电源返回路径上进行电流测量。R1、R2和C1构成一个低通滤波器，用来降低可能存在的开关噪声。为避免影响控制环的响应，该滤波器的截止频率必须大于电压转换器的开关频率。
稳流电路
稳定LED电流流量的电路由双相位PWM模块、内部比较器和一个参考电压源构成。双相位PWM模块是按置位/复位原理工作的“模拟”式PWM模块。首先，从系统时钟产生一体电感器的一个时钟信号用来周期性地开启PWM输出。PWM时钟信号确定基本的PWM频率。然后，当达到指定的参考电平时，来自一个片上比较器的复位信号会关断PWM输出。
放工字电感器大后的电流信号内部连接到PIC16HV785中比较器1的正输入端。PWM模块使用PIC16HV785 器件中的捕捉比较外设（CCP1）来产生比较器所需要的参考电压。采用PWM可以更精细地控制比较器参考电压。利用RC滤波器对PWM信号进行滤波，从而获得一个模拟电压并将它输送给比较器的负输入端。
软件实现方案
这一应用的软件部分非常简单，因为LED电电感厂家流控制功能是采用模拟方式完成的。一旦所有外设被设为使能，并且正确设置了电流参考值，那么不需要软件干预，LED就会持续发光。
然后，应用程序代码可以测量供电电压(利用片上集成的10位A/D转换器）和供电电流，从而保证驱动LED工作在恒定功率模式。随着电池输入电压的变化，D/A电路（采用CCP外设实现)将产生新的参考电压值进行补pfc电感器偿。
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