基于STM32单片机的LED调光系统设计-《中国新通信》(2022年15期).docx

龙源版权所有 基于STM32单片机的LED调光系统设计作者：杨涛来源：《中国新通信》2022年第15期 摘要：LED照明产品较其他照明产品具有节能、环保、寿命长的特点，正广泛地应用于各个领域。本文设计了一套可由上位机通过串口发送调光命令的LED驱动及调光系统，主要包括STM32单片机控制板，XL6006驱动板等。STM32单片机控制板输出PWM信号并实现与上位机的通信，XL6006驱动板根据PWM信号的不同占空比控制LED灯的电流，以达到控制LED灯的亮度。 关键词：LED灯;PWM调光;STM32控制器 一、引言 LED照明较其他照明产品具有发光效率高、使用寿命长、耐用、工作安全可靠、节能省电、环保、体积小、发光响应速度快等优点[1]，随着整体成本的降低，LED照明开始广泛应用与商业及家庭领域。 由LED的伏安特性可知（见图1），在LED正向导通时电压的微小变化都会引起电流剧烈的变化。所以如果通过改变电压控制LED灯的亮度很容易烧毁灯珠。LED的亮度在一定范围内与电流成正比，因此一般LED驱动都采用恒流驱动方式。 LED调光一般有两种，模拟调光和脉宽调制（PWM）调光。模拟调光方式是通过连续的方式线性的调节流过LED的电流，来改变灯的发光亮度，可以在较大范围内调节LED的亮度。PWM调光是通过反复的通断来改变开关电流的脉宽而不是改变电流的幅值，从而达到调节LED亮度的目的。流过LED的平均电流与调节占空比是线性关系[2]。模拟调光的缺点是LED灯的色温会随电流的大小而改变。本设计采用PWM方式调光。 由于项目需要，本文设计了一款可以通过串口RS485进行PWM调光、地址查询、地址设置的LED灯（最大功率约50W）。由于每个LED灯可以设置单独的地址，所以在一个系统内可实现对每个LED灯的单独调光。 二、系统的硬件设计 由于项目要求LED灯的体积尽量小（减小水下阻力），所以灯珠要选择封装比较小，功率比较大的灯珠。经过对比，最终选择欧司朗3030封装的3W灯珠，将该灯珠进行16串组成LED灯板，最大功率约50W。LED灯驱动主芯片采用上海芯龙XL6006LED驱动芯片，PWM信号由STM32F103单片机控制电路产生。LED调光系统组成框图如下图2。本设计中上位机与STM32控制器之间的通信采用串口RS485接口。 （一）LED灯驱动电路 上海芯龙 XL6006芯片是固定频率的PWM升压（升压）LED恒流驱动器，能够驱动1W/3W/5W系列LED单元，具有良好的线路和负载调节能力。调节器使用简单，因为它包括内部频率补偿和固定频率振荡器，因此它需要少量的外部元件就能工作。XL6006可以在VIN=24伏时直接驱动16个系列1W/3W LED单元。PWM控制电路可以线性地将占空比从0%调整到90%[3]。 驱动电路采用XL6006 升压驱动电路（图3）。该方案转换效率高，最高输出电压兼容到60V，内部集成功率MOSFET，内置过温保护，过流保护，LED开路保护全套保护电路，可靠性高，外围器件少，系统成本低[3]。在该驱动电路中，利用场效应管栅极电压高于源极电压场效应管导通原理，Q1，R26，R27，D7组成防反接电路，防止电源反接烧毁芯片。升压拓扑结构可以在很低的电压情况下开始工作，所以在带载大功率的情况下会出现输入大电流，从而导致电源出现限流，无法带载启动。 为了防止启动电流过大，通过稳压管和限流电阻组成延迟电路，保证系统在稳压管反向电压（18V）以下不启动，D5，R22组成延时电路。此电路同时也保证电源亏电的情况下在稳压管反向电压（18V）以下系统关闭，保护系统电路。 上电时如果输出开路，FB接地，芯片会以最大占空比工作，输出电压会很高，电解电容很可能被擊穿。为了防止这种情况发生，增加了D6和R23组成的保护电路。因此，开路电压约等于D6的值。在开路后再接入LED时，也可以保护LED等板以及电阻R21。 XL6006 FB脚为···试读结束