摘要：為了改善LED模組的照明質量，實現對LED模組色溫的調節(jié)，通過分析LED模組的驅動電路技術，提出一種基于HSI模型的全彩LED驅動電路的設計方案。該驅動電路利用三色比例調節(jié)達到所需要的顏色，并采用PID調節(jié)方式，以保證調節(jié)的穩(wěn)定。另外還可以調節(jié)輸出光的色溫和光強，達到了良好的照明效果。
關鍵詞：HSI模型；驅動電路；全彩LED；PID調節(jié)

0 引言
    發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)是一種能夠將電能轉化為可見光的固態(tài)的半導體器件，它可以直接把電轉化為光，隨著LED的應用越來越廣，對于其驅動電路要求也越來越高?，F在大多數場合需要采用恒流輸出的開關電源，對于全彩LED燈而言，采用傳統(tǒng)的RGB分別驅動在面對既要調色溫又要調節(jié)亮度時候會有明顯的缺陷，基于這點，通過改良HSI模型，設計了這款適合與全彩LED的驅動電路。傳統(tǒng)的RGB模型需要R，G，B分別調節(jié)，而HSI模型主要將亮度和色度分開，通過H，S，I三個參數分別調節(jié)，H(色度)，S(飽和度)，I(亮度)。HIS模型下的驅動電路通過單片機控制總線驅動電流來限定I參數(亮度)，通過R，G，B三端反饋調節(jié)R，G，B的綜合比例(H參數)，經由光線傳感器獲取光亮度的飽和程度S參數，達到驅動電路調節(jié)的目的。

1 總體設計
    圖1為HIS模型下全彩LED驅動電路的總體設計。硬件部分采用恒流驅動芯片PT4115，采用總一分的方式進行RGB驅動，通過采樣電路獲取R，G，B三路電流信號反饋，用來調節(jié)R，G，B的比例。軟件采用STC系列單片機作為主調節(jié)模塊，通過獲取A／D轉換調節(jié)三色顏色比例，采用PID調節(jié)方式，以保證調節(jié)的穩(wěn)定。

2 LED驅動電路硬件設計
2．1 恒流驅動原理
    如圖2所示，這里由兩只特性相同的管子VT0和VT1構成，兩管的發(fā)射極分別接入電阻Re0和Re1。電阻R中的電流為基準電流，其表達式為：
   
    所以集電極電流為：
   
    由于這里通過改變Ic1和Ir的關系，使工Ic1和Ir呈比例關系，從而克服鏡像恒流源電路的缺點。理論推導證明：
   
    可見，只要改變Re0和Re1的阻值，就可以改變Ic1和Ir的比例關系，其基準電流Ir為：
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    通過Re0和Re1電流負反饋電阻，從而使恒流源的輸出電流Ic1具有更高的穩(wěn)定性。

2．2 PWM控制恒流源驅動
    PWM調節(jié)是指通過一個周期內脈寬占空比的形式來驅動LED的方式，LED的平均驅動電流取決于脈沖波形的占空比和LED額定驅動電流，在驅動電流固定時，通過改變PWM占空比可以調節(jié)驅動電流大小。為了避免閃爍，故PWM調節(jié)的頻率選擇在500 Hz左右。如圖3所示。

    這里采用LED驅動芯片PT4115。PT4115是一款連續(xù)電感電流導通模式的降壓恒流源IC，能將直流電壓直接轉換成穩(wěn)定的恒流輸出。[!--empirenews.page--]
    圖4為在PWM調光模式下外加PWM脈沖驅動信號和輸出驅動電流的測量結果。PWM占空比從0～100％。從圖中可以清楚的看到，通過改變不同的PWM占空比可以調節(jié)額定電流，PT4115最大能夠輸出1．2 A的電流。

    輸出的額定電流由以下公式得到：
   
    式中：D為PWM的占空比。

3 HSI模型
3．1 HIS模型的轉換
    RGB模型面向電路，而HSI模型與人的顏色感知一一對應，所以需要通過RGB模型完成到HSI模型的轉換：
   
    式中：H分量表示色調；S代表飽和度；I代表亮度。[!--empirenews.page--]
3. 2 基于HSI模型驅動設計方案
    主要通過HSI模型控制RGB模型，如圖5所示，通過I分量作為總線控制，再又驅動電路設定顏色，并讓R，G，B三種分量經過加法器之后進行自穩(wěn)定，傳感器獲取光線亮度條件，并轉換為S分量用來處理。以下是具體的模塊實現：通過向HCS12單片機中設置環(huán)境亮度以及色溫，控制4線共陰的全彩LED，通過采樣電阻反饋RGB三種顏色驅動電路中的電流信號，從而通過調節(jié)三色比例達到調節(jié)色溫的目的。再通過光亮度傳感器向單片機反饋數據，直接調節(jié)總線驅動電路限定額定最大電流，從而控制全彩LED燈光的亮度。當調節(jié)為白色燈光時，只需固定好三色比例為1：1：1，從而直接調節(jié)總線驅動電路就可調節(jié)LED的光亮度。這里需要對每路驅動電路分別使用PT4115作為驅動電路。

4 軟件設計及仿真
    這里穩(wěn)定色溫采用離散PID調節(jié)的方式：
   
    首先進行參數的設定，A／D轉換之后通過加法器獲取H分量，H分量代表色溫，通過PID調節(jié)穩(wěn)定色溫達到在調節(jié)LED亮度之后，顏色不變。通過調節(jié)P，I，D三個參數，讓光亮度的變化可以盡量地適應人眼對于光的感受。PID調節(jié)與仿真見圖6。

5 結語
    本文討論了LED恒流源PWM調節(jié)，介紹了PWM調節(jié)的電路，并提出了一種基于HSI模型的驅動控制電路，通過HSI模型控制RGB模型，并且可以通過三色驅動電路比例調節(jié)達到所需要的顏色。該電路可以克服調節(jié)亮度的時候會產生色差，亮度不好調節(jié)的問題，根據個人喜好調節(jié)LED燈具的光強和色溫，通過直接調節(jié)總線驅動電路限定額定最大電流，從而控制全彩LED燈光的亮度，從而使此驅動電路達到了良好的照明效果。