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，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達到所需要的顏色，并采用PID調節方式，以保證調節的穩定。另外還可以調節輸出光的色溫和光強，達到了良好的照明效果。

　　0 引言

　　發光二極管（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。現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，采用傳統的RGB分別驅動在面對既要調色溫又要調節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。傳統的RGB模型需要R，G，B分別調節，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，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R，G，B的比例。軟件采用STC系列單片機作為主調節模塊，通過獲取A／D轉換調節三色顏色比例，采用PID調節方式，以保證調節的穩定。

　　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：

　　通過Re0和Re1電流負反饋電阻，從而使恒流源的輸出電流Ic1具有更高的穩定性。

　　2．2 PWM控制恒流源驅動

　　PWM調節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占空比可以調節驅動電流大小。為了避免閃爍，故PWM調節的頻率選擇在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定的恒流輸出。

　　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。

　　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，從而通過調節三色比例達到調節色溫的目的。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，從而直接調節總線驅動電路就可調節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

　　這里穩定色溫采用離散PID調節的方式：

　　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調節穩定色溫達到在調節LED亮度之后，顏色不變。通過調節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調節與仿真見圖6。

　　5 結語

　　本文討論了LED恒流源PWM調節，介紹了PWM調節的電路，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達到所需要的顏色。該電路可以克服調節亮度的時候會產生色差，亮度不好調節的問題，根據個人喜好調節LED燈具的光強和色溫，通過直接調節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。