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  • 基于蓄電池供電的自適應LED凈化燈照明系統

    2017-12-30 09:50:52 admin
    前言

      由于具有高發光效率、高可靠性、長壽命等優點,發光二極管(LED)在照明、信號顯示、顯像等領域應用越來越廣泛,被廣泛認為是一種取代白熾燈、熒光燈等傳統光源的新型光源。

      驅動LED有多種方法,而最簡單的方法就是將LED與限流電阻串聯,再以電壓源供電。這種驅動方式的優點是電路簡單,但是也存在不少缺陷。首先是效率低,降壓電阻會消耗大量電能,甚至有可能超過LED所消耗的電能;其次是穩定電壓能力極差,而LED的V-I曲線具有負溫度特性,隨著結溫的升高,流過LED的電流會越來越大。所以,如果驅動電流得不到控制,LED很容易被燒毀,即使沒有燒毀,壽命也會大大縮短。所以,驅動大功率LED凈化燈時,電流控制是必需的。除此之外,LED凈化燈光源的照度直接與電流相關,所以控制LED凈化燈的驅動電流,其照度也將得到控制。

      1 系統設計

      系統的原理框圖如圖1所示。供電電源為鉛酸蓄電池,負載為LED凈化燈組成的陣列,使用LTC3783作為控制器,實現PWM控制。本電路設計可以同時對LED凈化燈進行模擬調光和數字調光。并且本系統對于功率從幾瓦到幾十瓦的LED陣列、端電壓范圍從6-36v的蓄電池均能正常工作,從而使得在對產品進行維護--需要更換LED凈化燈或需要更換蓄電池時,只要滿足上述要求,無需更換電路模塊,系統就能正常并穩定地工作。

    基于蓄電池供電的自適應LED凈化燈照明系統

    圖1 系統原理框圖

      由于發熱量、散熱技術等多方面的限制,使得單顆LED的功率不能像傳統光源那樣做得很大,功率為1w的LED即為大功率LED了。實際應用中,通常使用多顆小功率LED組成的陣列來滿足較高的照度要求,并實現低成本,如圖2所示。

    基于蓄電池供電的自適應LED凈化燈照明系統

    圖2 LED陣列示意圖

      應用LED陣列還有另一個顯著優點。我們知道LED凈化燈可能會因某些故障發生短路和斷路。當某個串,聯支路中的LED發生短路時,該支路中其他的LED仍然能夠正常工作。盡管通過LED的電流可能上升,但是由于LED的數量較多,上升的電流不大,上升后的電流仍不會超出LED允許的工作范圍。當某個串聯支路中的LED發生斷路時,該串LED熄滅。

      但由于陣列由多個LED串組成,其他LED串仍能工作,并分擔熄滅的LED串中的電流,但是由于LED的支路較多,上升的電流不大,上升后的電流仍不會超出LED允許的工作范圍。所以很明顯,LED陣列相對具有更高的穩定性和可靠性心1.而且,對于特定數目的LED陣列,當使支路數目和支路中的LED數目相一致時,將更有利于提升LED組件工作的可靠性和穩定性。

      實驗中制作一個8串、每串20顆LED的陣列和一個12串、每串12顆LED的陣列。使用的LED為O.1w子彈頭形LED,額定正向壓降范圍為3.0-3.3v,額定正向電流范圍為10一30mA.實驗中將LED設計工作在20mA,這樣可以減小散熱量,并在LED凈化燈出現短路故障時能夠有足夠的電流裕量。
     

    1.2 B00st變換器及控制器改進

      主電路示意圖如圖3所示。對于主電路,恒流控制的電流通過采樣電阻R將電流轉換成電壓,控制器通過開關管的開通與關斷,能夠實現恒定采樣電阻上的電壓,從而實現了恒定LED陣列的電流。如果能夠調節控制器恒定采樣電阻上的電壓值,則將實現LED的模擬調光?;谝陨纤悸?,對LTC3783進行應用改進,見圖4.

    基于蓄電池供電的自適應LED凈化燈照明系統

    圖3主電路示意圖

    基于蓄電池供電的自適應LED凈化燈照明系統

    圖4控制電路示意圖

      圖4中將采樣電阻端接控制器的FBN負反饋端,而非接采樣sense端。將參考電平Vref經分壓接入FBP正反饋端,再以可調電阻R2替代定值電阻。

      要實現恒定采樣電阻上的電壓目標值,只需調節可調電阻。所恒定的LED電流值由所恒定的采樣電阻上的電壓值所確定。即:

      通過以上對控制器LTC3783進行應用創新,實現了對LED進行模擬調光,同時實現了在需要更換LED陣列時,只要功率不過大,均無需重新設計電路。

      再結合控制器本身的特性,本電路設計還可以對LED進行數字調光,對于功率從幾瓦到幾十瓦的LED陣列和端電壓范圍從6-36V的蓄電池均能正常工作。

      變換器的設計應滿足以下要求:

     ?。?)當以一個8串、每串20顆LED的陣列作為負載時:

      輸出電壓Vo:60~66V

      輸出電流Io:0.16A(恒定電流值)

      工作頻率f:45kHz

      當以12V蓄電池供電時:

      電壓變比M:5-5.5

      占空比D:0.800-0.818

      當以24V蓄電池供電時:

      電壓變比M:2.5~2.75

      占空比D:O.600-O.636


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