荧光显微镜双路输出不等功率LED光源驱动的设计

杨必文

摘要：基于LED光源及荧光显微镜照明的特点，本文公布了一种双路输出不等功率LED光源驱动；电路设计采用恒流输出可调，两路输出功率不等，满足显微镜明视场照明和荧光激发需要。

【关键词】LED光源驱动 双路输出不等功率输出可调 荧光显微镜

荧光显微镜是利用物质荧光特性进行观察的光学显微镜，其独特的优点，广泛地应用于是现代生命科学研究的各个领域。传统的荧光显微镜的照明光源大多采用金属卤素灯和高压汞灯作为照明或激发光源，存在光源使用寿命短、高能耗、预热时间长、金属污染物质等缺点。LED作为新一代冷光源，具有超长的使用寿命、节能环保、光电转换效率高、即开即亮等特点，在显微镜照明领域受到了极大地关注。

1 LED驱动电路

1.1 恒流驱动

由于LED是负温度效应的非线性半导体器件，具有不可克服的热敏性，即加在两端的电压较低时，LED处于截止状态，当电压达到一定幅度时，就会导通发光，这时加在LED上的电压稍微增加，导通电流就会明显增加，如果不对流经LED的电流加以限制，LED很容易过流烧坏，这是LED不能使用恒压供电的原因。使用恒流供电，可以很容易地使LED工作在特定的电流下不至于烧坏，并且发光强度恒定便于使用。

1.2 连续调光

目前大功率LED光源驱动的调光方式，主要有模拟调光、脉冲带宽调制调光（PWM）、可控硅调光三种方式。相对脉冲带宽调制调光（PWM）、可控硅调光来说，模拟调光通过改变与LED负载串联电阻的阻值来实现电流的连续控制，简单方便，且不存在频闪现象，适合荧光显微镜的LED照明和激发光源系统。

1.3 切换控制

荧光显微镜照明系统中除了普通光学显微镜的明视场照明光源，还需要用于荧光观察的激发光源，且两个光源位于显微镜不同部位，通常不同使用。本文的设计中，通过开关控制，实现两路通道的选择性输出使用。

2 方案设计

图1为双路输出可调恒流源电路的原理图，由基准电压电路1、输出切换电路2、第一串联负反馈电路3与第二串联负反馈电路4、电压调整电路5五个部分组成。适配器输出的DC5V的直流电源与基准电压电路l中的滤波电容Cl连接，滤波电容Cl的负极端与电压调整电路5的第一连接端V51相连接、稳压二极管Ul并联；直流电源还连接第一电阻Rl的一端，第一电阻Rl的另一端为基准电压输出端VO。输出切换电路2的切换开关Sl，连接前端为接入端Kll，后端分别为第一切换连接端K21和第二切换连接端K22；接入端Kll与第一切换连接端K21或第二切换连接端K22连接，实现LED1、LED2的切换控制。

第一运算放大器UIA的正相输入端和负相输入端之间连接有第一电容C2，正相输入端为第一电压调整接入端V3a；第一运算放大器UIA的输出端串接第二电阻R2后连接第- MOS管Ql的栅极，第- MOS管Ql的源极连接第三电阻R3后接地，第- MOS管01的源极还串接第四可调电阻R4后连接第一运算放大器UIA的反相输入端，第- MOS管UIA的漏极连接第一发光二极管LED1的负极，第一发光二极管LED1的正极连接所述切换开关Sl的第一切换连接端K21。第二串联负反馈电路4包括第二运算放大器UIB，第二运算放大器UIB的正相输入端和负相输入端之间连接有第二电容C3，正相输入端为第二电压调整接入端V4a；第二运算放大器UIB的输出端串接第五电阻R5后连接第二MOS管Q2的栅极，第二MOS管Q2的源极连接第六电阻后接地，第二MOS管02的源极还串接第七可调电阻R7后连接第二运算放大器Q2的反相输入端，第二MOS管Q2的漏极连接第二发光二极管LED2的负极，第二发光二极管LED2的正极连接所述切换开关Sl的第二切换连接端K22。其中，第一运算放大器UIA和第二运算放大器UIB采用的型号为LM358，内部包括两个独立的、高增益的、内部频率补偿的运放，具有高增益、失调电压影响小的优点。电压调整电路5包括电位器R8，电位器R8的第一固定引出端为第一连接端V51，电位器R8的第二固定引出端V52接地，电位器R8的调节引出端为调节端V5a。

3 总结

大功率LED因其冷光源寿命长、高效输出、即开即用等特点，能够很好的代替传统荧光显微镜的照明和荧光激发光源。根据LED驱动的特性以及荧光显微镜照明光源的特点，本文设计了一款双路输出不等功率LED光源驱动，能够实现不同电流大小的两组可调恒流源电路之间切换，满足荧光显微镜明视场照明的白光LED及荧光激发的单波段大功率LED照明要求。

参考文献

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