發(fā)光二極管（Light Emitting Diode，LED）是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光，隨著LED的應用越來越廣，對于其驅(qū)動電路要求也越來越高。現(xiàn)在大多數(shù)場合需要采用恒流輸出的開關(guān)電源，對于全彩LED燈而言，采用傳統(tǒng)的RGB分別驅(qū)動在面對既要調(diào)色溫又要調(diào)節(jié)亮度時候會有明顯的缺陷，基于這點，通過改良HSI模型，設計了這款適合與全彩LED的驅(qū)動電路。傳統(tǒng)的RGB模型需要R，G，B分別調(diào)節(jié)，而HSI模型主要將亮度和色度分開，通過H，S，I三個參數(shù)分別調(diào)節(jié)，H（色度），S（飽和度），I（亮度）。HIS模型下的驅(qū)動電路通過單片機控制總線驅(qū)動電流來限定I參數(shù)（亮度），通過R，G，B三端反饋調(diào)節(jié)R，G，B的綜合比例（H參數(shù)），經(jīng)由光線傳感器獲取光亮度的飽和程度S參數(shù)，達到驅(qū)動電路調(diào)節(jié)的目的。
1 總體設計
圖1為HIS模型下全彩LED驅(qū)動電路的總體設計。硬件部分采用恒流驅(qū)動芯片PT4115，采用總一分的方式進行RGB驅(qū)動，通過采樣電路獲取R，G，B三路電流信號反饋，用來調(diào)節(jié)R，G，B的比例。軟件采用STC系列單片機作為主調(diào)節(jié)模塊，通過獲取A／D轉(zhuǎn)換調(diào)節(jié)三色顏色比例，采用PID調(diào)節(jié)方式，以保證調(diào)節(jié)的穩(wěn)定。
圖1LED 驅(qū)動電路總體設計圖
2 LED驅(qū)動電路硬件設計
2.1 恒流驅(qū)動原理
如圖2所示，這里由兩只特性相同的管子VT0和VT1構(gòu)成，兩管的發(fā)射極分別接入電阻Re0和Re1。
圖2恒流驅(qū)動電路
電阻R中的電流為基準電流，其表達式為：
所以集電極電流為：
由于這里通過改變Ic1和Ir的關(guān)系，使工Ic1和Ir呈比例關(guān)系，從而克服鏡像恒流源電路的缺點。理論推導證明：
可見，只要改變Re0和Re1的阻值，就可以改變Ic1和Ir的比例關(guān)系，其基準電流Ir為：
通過Re0和Re1電流負反饋電阻，從而使恒流源的輸出電流Ic1具有更高的穩(wěn)定性。
2.2 PWM控制恒流源驅(qū)動
PWM調(diào)節(jié)是指通過一個周期內(nèi)脈寬占空比的形式來驅(qū)動LED的方式，LED的平均驅(qū)動電流取決于脈沖波形的占空比和LED額定驅(qū)動電流，在驅(qū)動電流固定時，通過改變PWM占空比可以調(diào)節(jié)驅(qū)動電流大小。為了避免閃爍，故PWM調(diào)節(jié)的頻率選擇在500 Hz左右。如圖3所示。
圖3測量結(jié)果
這里采用LED驅(qū)動芯片PT4115。PT4115是一款連續(xù)電感電流導通模式的降壓恒流源IC，能將直流電壓直接轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的恒流輸出。
圖4為在PWM調(diào)光模式下外加PWM脈沖驅(qū)動信號和輸出驅(qū)動電流的測量結(jié)果。PWM占空比從0～100％。從圖中可以清楚的看到，通過改變不同的PWM占空比可以調(diào)節(jié)額定電流，PT4115最大能夠輸出1.2 A的電流。
圖4驅(qū)動電路圖
輸出的額定電流由以下公式得到：
式中：D為PWM的占空比。
3 HSI模型
3.1 HIS模型的轉(zhuǎn)換
RGB模型面向電路，而HSI模型與人的顏色感知一一對應，所以需要通過RGB模型完成到HSI模型的轉(zhuǎn)換：
式中：H分量表示色調(diào)；S代表飽和度；I代表亮度。
3. 2 基于HSI模型驅(qū)動設計方案
主要通過HSI模型控制RGB模型，如圖5所示，通過I分量作為總線控制，再又驅(qū)動電路設定顏色，并讓R，G，B三種分量經(jīng)過加法器之后進行自穩(wěn)定，傳感器獲取光線亮度條件，并轉(zhuǎn)換為S分量用來處理。以下是具體的模塊實現(xiàn)：通過向HCS12單片機中設置環(huán)境亮度以及色溫，控制4線共陰的全彩LED，通過采樣電阻反饋RGB三種顏色驅(qū)動電路中的電流信號，從而通過調(diào)節(jié)三色比例達到調(diào)節(jié)色溫的目的。再通過光亮度傳感器向單片機反饋數(shù)據(jù)，直接調(diào)節(jié)總線驅(qū)動電路限定額定最大電流，從而控制全彩LED燈光的亮度。當調(diào)節(jié)為白色燈光時，只需固定好三色比例為1：1：1，從而直接調(diào)節(jié)總線驅(qū)動電路就可調(diào)節(jié)LED的光亮度。這里需要對每路驅(qū)動電路分別使用PT4115作為驅(qū)動電路。
圖5 H SI 模型驅(qū)動設計圖
4 軟件設計及仿真
這里穩(wěn)定色溫采用離散PID調(diào)節(jié)的方式：
首先進行參數(shù)的設定，A／D轉(zhuǎn)換之后通過加法器獲取H分量，H分量代表色溫，通過PID調(diào)節(jié)穩(wěn)定色溫達到在調(diào)節(jié)LED亮度之后，顏色不變。通過調(diào)節(jié)P，I，D三個參數(shù)，讓光亮度的變化可以盡量地適應人眼對于光的感受。PID調(diào)節(jié)與仿真見圖6。
圖6PID 調(diào)節(jié)與仿真圖
5 結(jié)語
本文討論了LED恒流源PWM調(diào)節(jié)，介紹了PWM調(diào)節(jié)的電路，并提出了一種基于HSI模型的驅(qū)動控制電路，通過HSI模型控制RGB模型，并且可以通過三色驅(qū)動電路比例調(diào)節(jié)達到所需要的顏色。該電路可以克服調(diào)節(jié)亮度的時候會產(chǎn)生色差，亮度不好調(diào)節(jié)的問題，根據(jù)個人喜好調(diào)節(jié)LED燈具的光強和色溫，通過直接調(diào)節(jié)總線驅(qū)動電路限定額定最大電流，從而控制全彩LED燈光的亮度，從而使此驅(qū)動電路達到了良好的照明效果。