摘 要：目前LED主要应用在室内照明、市政亮化工程照明等场所，对一些比较特殊的场合，如户外应急照明、汽车照明、海洋捕捞、夜航灯照明等较为少见。为此本文采用ST公司的STM8单片机和Linear公司的LT3791驱动芯片，实现了一款高可靠性、高效率、适合较宽直流输入电压范围的大功率LED驱动电源，并实现了过温保护、过压保护、自适应调光等功能。
关键词：LT3791； BUCK-BOOST； STM8S003F3
中图分类号：TM923 文献标识码：A
目前LED户外照明除了用于道路照明和景观照明外，还用于野外露营照明、野外机动照明、应对自然灾害的应急照明等。相对于道路照明，野外机动照明的工作环境更为苛刻，且均以低压电池供电为主、适配器供电为辅的方式工作。在此情况下，如何提供稳定、高效的恒流驱动器，给电路设计提出了巨大的挑战。
由于单个铅酸电池工作电压在11.8V—12.6V之间、磷酸铁锂电池单节电压在2.6V—3.6V之间、锂电池单节电压在3.4V—4.2V之间。一般情况下锂电池、磷酸铁锂电池以串并的方式工作。若按3串计算，磷酸铁锂电池组电压在7.8V—10.8V之间，锂电池组电压在10.2V—12.6V之间；若按4串计算磷酸铁锂电池组电压在10.4V—14.4V之间，锂电池组电压在13.6V—16.8V之间。目前已安装的以铅酸电池为主的LED照明电源不适合电池设备维护后的工作环境，只能对供电电路进行更改，维护成本非常高。
本文设计一款直流宽电压输入的LED驱动器，采用性价比较高的微控制器、恒流驱动器，利用温度传感器、光敏传感器和PWM调光等实现高可靠性的照明，具有成本低、效率高，可靠性强等優点，可满足一般照明、特殊照明等应用需求。
1总体设计
本设计采用了STM8S003F3微控制器、LT3791驱动控制器、温度传感器、光敏传感器等，实现了高效率的LED电源。功能框图如图1所示。
微控制器作为本设计的重要部件，为保证LED电源的可靠工作，要求微控制器需满足工业级要求，其次还要有一路硬件PWM，四路AD转换，为减小系统功耗和硬件成本，微控制器须有内部的低频时钟。结合硬件的通用性、可靠性、性价比等因素，综合考虑，采用STM8S003F3作为本设计的控制器。具有8KBytes的Flash，128Bytes的内部EEPROM，两个16位的定时器，一个8位的定时器，高达五路的AD转换。
LED开关恒流驱动器有BUCK、BOOST等类型结构，对于BUCK型电路，输入电压低于LED压降时将无法工作；对于BOOST电路，输入电压高于LED压降时将可能导致LED损毁。故本设计采用了BUCK-BOOST电路结构的LT3791驱动器，其可使输入电压VIN高于、低于或等于输出电压VOUT，其效率可高达98%，输入电压4.5V-60V，输出电压0-60V，LED电流精度±5%，可使用PWM调光。
2硬件设计
本设计具体电如图2所示。使用STM8S003F3内部16MHz高速振荡器，分频因子为8，即工作频率为2MHz，由LT3791产生的3.3V辅助电源供电。微控制器的PD2为模拟信号输入引脚，实时检测输入电压，当输入电压异常时，控制器的PC3引脚会置底，使得L3791恒流转换器进入待机模式。同时PB4、PD3检测LED灯具的温度和照度，当出现异常时通过PC6输出PWM调节LED的亮度或者关断LT3791恒流转换器。为了方便检测LED的开路或短路，微控制器的PC5和PB5引脚分别接与LT3791的OPENLED和SHORTLED相接。
当输入电压远小于输出电压时LT3791工作在升压模式，开关管Q1始终导通，Q3始终关闭，每个周期开始时先导通Q4给电感L3储能，然后关闭Q4，打开Q2释放L3的能量到C13滤波电容，最后输出给LED。当输入电压远大于输出电压时LT3791工作在降压模式，开关管Q2始终导通，Q4始终关闭，Q1和Q3互补导通，使L3的能量到C13滤波电容，最后输出给LED。当输入电压约等于输出电压时LT3791工作在升降压模式，开关组合（Q1、Q3）和（Q2、Q4）按照先后时序导通或关断。
3软件设计
本系统的软件流程如图3所示。上电/复位并执行初始化操作后，进入实时检测模式，检测系统供电电压，如果供电存在异常，且异常电压持续时间较长，系统便自动关闭电源输出，直到电压恢复正常。
当监测到输入电压异常后须将异常行为记录在内部EEPROM中，记录格式如表1所示。
LED温度保护的软件流程图如图4所示。系统每隔1秒钟采集一次LED灯具的温度，判断是否在合适的工作范围内，如果温度过高系统自动调节LED亮度，使得LED的温升降低，直到温度达到平衡。
自适应PWM调光软件流程如图5所示。系统根据采集到光敏电阻的AD值自动计算需要输出的脉宽以调节LED的亮度。
结语
本文设计的LED驱动电源，实现了输入6.0～60V电压下能正常驱动33.5V1A的LED灯串（10串LED）。实际测试12V输入电压下，效率高达96%，实现了输入过压保护、输入过流保护、输出短路保护、输出开路保护、过温保护等功能，并在实际应用中实现了环境的自适应调光，系统运行稳定。与采用Flyback、BUCK、BOOST的电路结构相比，效率更高、适应输入电压范围更宽。相信在比较特殊的LED照明领域会有较普及的应用。
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