基于光强和电流反馈的双闭环LED驱动控制方法研究

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随着科学技术的进步,人类的生存与能源的消耗密不可分,能源的需求与短缺的矛盾日益突出,能源的使用越来越趋向于节约型、高效型。因此,照明光源的发展也必然顺应时代的潮流,朝着节约高效型发展。LED(Light Emitting Diode)又称发光二极管,是新一代照明光源,具有体积小,光效高,寿命长,节能环保等优点,现已被应用于各个领域。驱动电源的稳定对LED的推广使用至关重要,所以LED驱动电源在LED的产业化、量产化中起着举足轻重的作用。在传统LED驱动控制方案中,通过采集负载电信号改变驱动器电压、电流的方式来实现负载的恒压、恒流控制。而对于LED而言,光照亮度可以直观地反映其工作状态的好坏。因此,本文在考虑电信号的同时,将光信号引入反馈范围,从而提高了LED电源驱动的控制精度、适应度和智能化。本文主要展开的工作内容如下:1.分析LED物理结构,介绍LED发光原理以及影响发光的因素,研究LED的电路特性和电路模型,搭建LED负载平台。采用二阶泰勒级数,获得实际工作中LED的电压电流关系方程,建立LED数学模型。2.分析LED驱动电路结构,选择高效的恒流驱动方案。针对LED电流敏感性的工作特点选用转换效率高的变换器,设计Buck驱动电路参数,研究基于二阶模型的LED驱动电路的恒流控制方法。3.为了提高光强控制精度,设计光强和电流反馈的双闭环LED驱动电路控制系统。针对LED的Buck驱动电路,建立电路传递函数,分析其频率特性,计算电流控制环PI调节器的参数,将电流闭环作为控制环节,构建光强环开环传递函数,通过MATLAB/Simulink进行PI参数校正,获得光强PI调节器的参数。为了提高LED光强控制的动态性能,研究基于模糊自适应PI调节器的光强控制方法。4.完成LED驱动电路的系统设计,选取GY-39光强度传感器模块,TMS320F28335型DSP芯片控制器,OSRAMOSTARLED负载测试平台。设计LED驱动电路控制程序,完成LED光强仿真、光强传感器测试、LED恒流控制测试、LED光强跟踪测试。
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