基于FPGA的数字式可调光LED驱动电源设计

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随着世界性能源危机和环境污染问题的日益严重,LED以其节能、环保、高可靠性等特点得到越来越多的关注,正逐步代替传统照明设备成为第四代照明光源。调光功能的加入使其在节能环保方面的优势更加明显,并且可大大提高照明舒适度。所以,可调光LED驱动电源设计已成为照明驱动领域的热门课题。  本文阐述了可调光LED驱动电源课题的研究背景和意义以及目前国内外LED驱动电源的发展现状,介绍了可调光LED驱动电源设计中涉及的功率因数校正(PFC)技术,单级PFC反激变换器等关键技术,分析了模拟调光、可控硅(TRIAC)调光和脉宽调制(PWM)调光等调光技术的原理及优缺点。针对目前调光电路普遍采用开环控制而难以获得高控制精度的问题,本文提出了一种闭环控制调光方法,将LED照度采样反馈,并通过FPGA设计数字PID算法控制调光信号,大幅提高了调光控制精度。在此基础上,设计了一款基于FPGA的数字式可调光LED驱动电源,实现了高精度的PWM调光控制。该驱动AC/DC级采用单级PFC反激变换器作为主拓扑结构以获得较高的功率因数。DC/DC级采用降压拓扑结构,实现对LED的恒流驱动;并且提供PWM调光接口,实现PWM调光。最后制作并测试了可调光LED驱动电源样机,采集了关键波形和数据,并对其进行了分析。  测试结果表明:在输入交流电压范围为85V~264V时,样机能够稳定工作,满载时输出平均电流为1.75A。在220V输入下,效率达87%,PF值达到0.93;调光范围0~100%,调光比5000∶1,数字调光精度达到0.02%,达到了预期设计指标。
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