数字控制芯片的工作性能在快速提高的同时,其成本也下降迅速。如Mieroehip公司的dsPIC33FJXXGSDSC系列芯片,TI公司TMS320F280xx系列芯片,其工作频率都在几十MHz,对100KHz级的开关频率,可以实现在单开关周期内完成一次控制循环。在成本上,如TI公司的TMS320F2 802-7DAT官网报价(2010年9月)为2.85美元,它集成了一个7通道12位ADC、8路PWM输出模块、一个模拟比较器,还有各种常用的通信接口。一块芯片就可以实现驱动控制的大部分功能,在成本上有较大的优势。
图3是对图1 LED阵列驱动结构的数字控制实现逻辑图。其相位设定模块、保护模块与ADC模块可以通过数字芯片的简单设置来完成;PID控制、恒压限流和PWM占空比调节模块通过软件编程实现。通过通信接口接收调光等命令,可以很方便的对LED照明进行亮度调节。由于控制结构是通过软件实现的,给LED驱动的工作状态检测和其他功能扩展带来了很大的灵活性。
如图4所示,为数字控制逻辑的仿真模型图。其中:RL=105 Ω,RL1=100 Ω,RL2=95 Ω。
根据LED的V/I特性,当LED工作在Vf附近时,LED串可近似用纯电阻代替。不同的电阻值表征各LED串总Vf的不同。
4.1 PID控制和PWM相移
LED串电流的PID控制主要包括:
(1)对输出误差信号进行PID运算,确保系统的稳定性;
(2)对输出误差调整值进行归一化运算;
(3)归一化后的调整值与幅值为1的锯齿波比较,调节占空比输出PWM脉冲;
(4)控制输出脉冲相位。其中恒压限流PID控制完成DC—DC输出电压和电流的双环控制。
驱动相邻两串LED的PWM波形相差360°/N,N为LED串的并联总数。如图4为仿真模型中,N=3,则驱动第1到第3串的PWM波形初始相位分别为0°,120°,240°。