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基于一种可以实现智能调光的LED路灯驱动电路设

  被以为是绿色的第四代光源,是一种固体寒光源,具有高效、寿命长、平安环保、体积小、相应速率疾等诸众甜头, 目前曾经正在都邑景观装、交通讯号与贸易广告上普遍行使。近年来跟着工艺的不息发扬, 大功率高亮度LED 职能不息晋升,价钱不息降落, 目前到达同样的明明结果,LED 的耗电量大约是白炽灯的1 /10,荧光灯的1 /2[2]。这些都使得其先导行使于大凡照明中, 况且很有发扬前景,大有庖代白炽灯和荧光灯这些守旧光源的趋向,世博会上LED 灯的行使能够说代外着这个对象。LED 调光能够节能,高亮度白光LED 的驱动和调光是近年来探究的热门,本文正在这方面举办了些探究, 并计划了一款带有功率因数校正的LED 途灯驱动和智能调光体系。

  LED 的外面光效为300lm /W.目前实习室秤谌达260lm /W,墟市化秤谌正在120lm /W 以上。高亮度LED 的大凡导通电压约为3. 0 ~ 4. 3V,但其中央仍是PN 结,其伏安特质与平常二极管相仿。当加正在LED 上电压小于其导通电压时,LED 上险些没有电流畅过。但当LED 导通后,其正向电流随正向电压按指数法则改观,很小的电压震荡就会惹起很大的电流改观。正在导通区电压从额定值的80% 上升到100% ,电流则从其额定值的0% 上升到100%.

  图1 是LED 相对光通量和其正向电流IF的干系图。图中能够看出LED 的光通量和其正向电流成正比的干系,因而也许通过支配LED 的正向电流来支配其发光亮度。LED 若采用恒压源驱动,很小的电压改观将惹起很大的电流改观,因而恒压驱动只合用于条件不高的小功率的形势下。正在条件高的形势和大功率的形势下LED 都要采用恒流驱动。探究阐明,LED 发光亮度随使命年光降落,亮度降落后光效随电流的扩大而删除,LED 的亮度与驱动电流成饱和干系。LED 的电流到达其额定电流的70% ~80% 后,很大比例的电流转化成了热能,因而LED的驱动电流宜为使命电流额定电流的70% ~80%。正在恒压驱动或PWM 调光中, 最大电流不宜赶上最小电流的3 倍,不然的话抨击电流会大大删除LED 的操纵寿命[8]。目前来说墟市化单个LED的功率都不大,多半正在10W 以下,本质用于照明是把众个LED 按肯定方或串并联之后酿成LED 阵列。

  从图1 也可得出, 调动LED 的电流即可调动LED 的亮度。调动电流有两种形式,相应的LED 调光也有两种形式。一种是接连调治LED 中电流的巨细来调动LED 的亮度,这种形式称之为模仿调光,通过LED 中的电流是接连的; 另一种是通调动LED流过电流的年光与闭断的年光之比来调动LED 的亮度,LED 流过电流时电流是恒定的, 闭断时流过LED 的电流为零,这种形式称为PWM 调光,它是通过人眼察觉不到的频率迅速的开闭LED,开闭频应不小于100Hz.两种调光形式当流过LED 中的均匀电流相仿时,其结果是相同的。因为LED 正在某一巨细特定的电流时会发出最纯的白光,跟着电流偏离这个值,会有色偏。其它,LED 的响当令间只要几纳秒到几十纳秒,很适合频仍开闭的形势,以是LED 调光以PWM 调光形式好,其余这种形式再有利于LED 散热。

  从LED 的驱动供电可将其驱动分为AC /DC 型和DC /DC 型,而LED 条件直流供电,AC 供电时要把调换转化成直流后再驱动LED,以是咱们只消探究DC /DC 型即可。DC /DC 型的LED 的驱动形式可分为电阻限流型,线性稳压电源型,电容电荷泵电途和电感开闭变换电途。电阻限流将电阻和LED 勾串,通过电阻的分压限流和驱动LED 灯,这种形式支配精度不行担保,同时有大批电功率糟塌正在电阻上,只正在条件不高的低压形势下操纵。线性稳压电源精度比电阻限流型高少许,但同样存正在效果低的题目,本质顶用的也不众。本质顶用得众的是电荷泵电途和电感式开闭变换电途。

  电荷泵电途行使电容对电荷的累积效应贮存电能,把电容影响能量耦合元件,通过支配电力电子器件高频的开闭举办切换,正在时钟周期的一片面年光内让电容储能,正在时钟周期的赢余年光内电容开释能量。这种形式是通过电容的充电和放电时的区别维系形式获得区别的输出电压。电感式开闭变换电途又称为开闭电源,是通过支配功率开闭管导通与闭断的年光干系来调动输出电压的,电感和电容大凡行动滤波元件,使输出不变。比拟较而言电荷泵型操纵元件少,本钱低,体积小,但其操纵的开闭元件众,效果相对低些,输出电压正在输入电压的1 /3 ~ 3 倍这个改观边界,输出功率较小,以是其众用正在小功率形势下; 而开闭电源开闭元件相对较少,效果高,可达成大边界的电压输出,且输出电压接连可调,输出功率大,因而合用边界更广,出格正在中大功率形势下是首选。开闭电源的拓扑良众,LED 驱动电途顶用得众的有Boost 电途,Buck-Boost及Buck 电途。

  LED 驱动的芯片目前曾经有少许了。LED 途灯相对来说功率较大,况且是通过市电调换供电的,邦度规矩,功率到达肯定值时要有功率因数校正安装,其余计划的LED 途灯要有调光功用以节能。基于上述思索, 这里选用Supertex 公司的HV9931 影响驱动芯片。HV9931 是种的8 引脚的PWM 集成支配器,有如下功用与特色: ( 1) 输出电流恒定,合用于LED 恒流驱动; ( 2 ) 批准大边界的8 ~ 450V的大边界的直流输入电压,且有较大的降压比,因而用市电供驱动LED 灯时可无须变压器; ( 3) 有功率因数校正功用,能取得单元功率因数和低输入电流谐波,到达邦度规矩,环保; ( 4) 有PWM 调光和模仿调光功用,驱动LED 时可利便地达成调光支配,吻合节能条件; ( 5)振荡器有固定频率和固定闭断年光两种使命形式。

  主电途是一个单级单开闭的非断绝恒流输出的Buck-Boost-Buck 电途。由L1、C1、D1、D5 和Q1构成的Buck-Boost 电途是输入级,使命于不接连导电形式; 由C1、Q1、D2、D4 及L2 构成的Buck 电途是输出级,使命正在接连导电形式下。两级共用一个功率开闭管Q1, 电容C1 对输入级相当于负载,对输出级相当于直流电源。体系降压比为两级降压比之乘积,如此由市电供电不需求变压器就能达成较低的电压输出。开闭Q1 导通时, 输入级Buck-Boos 电流途径: 整流电压→D1→L1→Q1→Rs1,L1中电流线性扩大, 输出级Buck 电途电流途径为:

  C1→Q1→Rs2→LED→L2,C1 供给能量; Q1 闭断时,输入级电流途径: L1→C1→D5→D1,L1 中的能量转到C1 中,因为D1 存正在,L1 电流不行反向,L1 电流降为0 后电流断续; 输出级电流途径: L2→D4→LED,因为参数扶植区别,L2 中电流不光不会变为0,况且震荡相对照较小。

  电途使命于峰值电流形式下, 振荡器使GATE输出高电平, 使Q1 通导通; CS1 和CS2端子永诀是HV9931 内部的两个电压对照器的反向输入端,两个对照器的同向输入礼貌在芯片内部接地,电途通过CS1 和CS2 端子同时检测输入电流和输出电流,CS1 是输入电流信号检测端子,CS2 输出电流信号检测端子,这两个端子只消有一个端子上的电压比地低,GATE 端子就输出低电平,Q1 就闭断。VDD是芯片的基准电压输出引脚,Rs1、Rcs1 和Rref1 可编程设定L1 中的最大峰值电流, Rs2、Rcs2 和Rref2 可编程设定输出电流。正在调换电的周期内能够为占空比和开闭频稳固,故输入电流峰值包络线为正弦波,均匀电流为正弦波,可实瑞功率因数校正。

  C2 为输入电容,用作高频旁途,若用大电容则电途丢失功率因数校正功用。RT 对应着内部振荡器,有两种接法,永诀设定恒定使命频和恒定的闭断年光,图中采用的是恒定的闭断年光的接法。PWMD 引脚为数字调光信号输入引脚,该引脚为高电日常电途寻常使命,该引脚为低电日常GATE 引脚永远输出低电平,开闭管Q1 断,驱动电途不使命。

  计划的体系若能按照处境光照的强弱来调动自己亮度,则会相应的节能,吻合眼前低碳生存的条件。处境光芒最差时,计划体系调光信的PWM 占空比亲近100% ( 为不以致温度上升过高,留肯定裕量) 时使LED 最亮知足照度条件; 当处境光照改观时会按照外部光照的强弱自愿调动调光信号的PWM 的占空比,使LED 相应的暗少许,但照度知足条件; 其它,正在深夜人对照少时可妥善低浸亮度。

  达成这一条件要有一个好的光强度传感器光敏电阻线性度差,频率相应低,光敏三极管灵巧度高,但温度特质和线性度差体系计划选用TLS2561行动光电强度传感器。TLS2561 亲近人眼对亮度的反映,能直接将光强度信号转化成数字信号输出,有可编程终了功用和程序的,能利便地与单片机相连。单片机选用微芯公司的PIC16C62.这种单片机职能不变,带有PWM 输出,能利便地达成I2C 总线通讯。光强度传感器TLS2561 将光信号转换成数字信号传送至单片机,经单片机处分爆发调光的PWM信号,调光PWM 信号送至HV9931 的PWMD 端,以达成PWM 调光。调光片面如图3 所示。

  体系还计划还思索到的温度的影响。LED 正在相仿电流下, 跟着PN 结温度的升高光通量将低浸,同时还会影响LED 操纵寿命。以是体系中还参加的温度传感器, 温度信号同样送至PIC16C62 处分,也会影响到其输出的PWM 调光信号的占空比。这个不是本计划的苛重题目,不详尽叙说。

  体系计划功率为72W,采用72 个1W 的高亮度LED 灯每24 个串联后再并联而成。输出最大光强时计划PWM 调光信号占空比为90% ,此时测得LED中总电流均匀值为932mA; LED 驱动电途使命时开闭监工作频率为100kHz,驱动电途效果为75% ,输入电流THD 小于20% ,功率因数大于0. 9,光电转换效果约95lm /W; 调光用PWM 信号频率为120Hz,比无须智能调光电途时约节能9%.图4 给出了调光PWM 占空比为50% 时LED 中的电流波形。

  本文计划的LED途灯驱动电途采用市电供电且无须电源变压器,驱动电途体积大为删除。驱动电途达成恒流驱动的同时带有PFC功用,吻合眼前绿色环保的条件,况且驱动电途转换效果高,电途较希奇; 智能调光电途采用PWM 调光形式,LED 发出较纯的白光,不爆发色偏。智能调光电途节能结果较为显着。计划的本质电途有较好的前景与墟市,不敷之处正在于本钱略高,但随LED 创设工艺的不息改正和驱动调光电途探究的不息深远信赖这个题目会获得很好的处分。

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