全数字控制可控硅调光LED驱动器设计
1 系统结构框图
本设计中HBLED由开关型变换器驱动，采用PWM调光方法，LED驱动器连接可控硅调光器，如图1所示。可控硅斩波后经整流到达flyback变压器，从而把能量传递到副边给DC-DC供电。副边MCU初始化后，进行恒流和保护等参数设置，并通过辅助绕组和片内比较器检测可控硅的导通角，实现恒流、调光和保护等功能。为使可控硅可靠导通，在整流桥后接入了稳定可控硅导通电路。系统具有以下功能：(1)保证可控硅调光器可靠地导通；(2)功率因数在0.95以上；(3)驱动器效率在72%以上；(4)LED具有恒流功能；(5)具有可控硅调光功能（1%～100%）；(6)各种保护功能。
2 驱动器设计[3-4]
2.1 变压器设计
工作频率、输入/输出电压、输入/输出功率、输入峰值电流等参数会影响变压器运行，从而造成可控硅的导通和关断。为保证可控硅调光器正常、可靠地导通，合理设计变压器非常关键。此外，优化变压器的尺寸、材料、磁芯等参数可以提高变压器的效率。
2.1.1 计算初级电感
为了保证最优的初级电感，能接受的最小占空比计算如下：
输出功率的范围决定了适合的磁芯类型，本应用选用了E25/13/7型磁芯。
2.1.3 初级绕组匝数
初级绕组需要在匝数和气隙大小两者之间取得平衡，以保证应用中变压器不饱和。考虑本应用的特殊要求，可依据下式确定匝数。
2.2 假负载电路
为消除高频信号对可控硅的干扰，保证可控硅具有一定的导通电流，设计了稳定可控硅导通电路，如图2所示。当由于高频非线性负载电流不够而引起导通不完全时，假负载可以及时接入。当Q3导通时，导入大负载保证可控硅导通。当可控硅导通后，控制Q2导通关闭Q3，切换到小负载来维持可控硅导通所需要的维持电流，这样既保证了可控硅导通的维持电流，又尽可能地降低了假负载的损耗。
2.3 导通角检测
为了使驱动器稳定工作，快速、可靠地检测可控硅的导通角非常重要。本驱动器通过软硬件结合的方式来实现导通角检测，把整流电路后的滤波大电容去掉，使得整个驱动器会有0.9以上的功率因数，使整流后的电压波形保持馒头波波形，由此反激变换器辅助绕组上的波形也保持相应的馒头波波形，从而可以利用MCU内置的比较器进行电压比较。比较器输出的上升沿触发MCU片内定时器进行计时，其下降沿则使得定时器停止计时，然后程序对计时结果进行软件滤波处理，再转化为对应的PWM调光信号，最终快速有效地判断出可控硅的导通角并实现调光功能。
2.4 程序架构
uPD78F075x系列MCU集成了硬件比较器，并且其定时器具有和比较器输出的联动功能，从而实现变频或定频变占空比的类似硬件控制，为LED恒流控制的实现提供了便利。联动功能具体实现如下：(1)通过配置定时器使其具有PWM输出功能，并且其PWM波的输出是根据比较器的输出结果来改变PWM的频率或占空比。(2)可通过设置MCU中的两个定时器进行逻辑关联，使得其中一个定时器输出的PWM受另一个定时器的输出的控制，这样就无需另外单独输出PWM进行调光，可以利用此功能在MCU内部控制主PWM而使得整个DC-DC部分工作或不工作实现数字调光功能。本系统充分利用以上两项功能，通过软硬件对导通角的快速、可靠地判断，再将导通角信号转化为调光信号实现可控硅调光功能。图3、图4分别为主程序流程图和导通角判断的程序流程图。
3 实验结果
为验证驱动器实际运行效果，研制样机进行了实验研究。部分实验波形如图5～图8所示。从波形图可以看出，可控硅能很好地导通，斩波后的信号非常干净，调光信号和可控硅的斩波信号也有很好的对应。当LED工作时，加在LED的电压信号迅速上升并稳定在一定范围内，起到了恒流和调光作用[5]。
本文设计了一种可通过可控硅调光器进行调光的LED驱动系统，通过对变压器进行优化设计，以软硬件结合的方式进行可控硅导通角的实时判断并快速、稳定地转化为调光信号，很好地保证了可控硅调光器的可靠工作，从而实现了可控硅对LED驱动器的全数字调光。
参