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LED电源驱动电路系统设计

作者:时间:2018-08-30来源:网络收藏

近年来,世界经济形势和能源发展格局发生了较大变化,各国都关心着能源问题,担心常规能源的大量使用会威胁到人类的生存环境。为贯彻可持续发展,许多国家在新能源的开发利用上投入了大量的人力物力,21世纪将进入以LED为代表的新照明时代。由于在不同地域条件下,太阳能和风力资源分布各不相同。为取得最大的风光利用率,采用了系统,实现由发电作为LED的输入。然而目前的性能多数均不稳定,LED驱动电源仍存在转换效率差、功率因数低、输出电流稳定性不好、寿命不能与LED相匹配等问题,已成为制约LED照明装置进一步推广应用的瓶颈。本文设计的基于LF—F301的LED改善了这些不足,其是基于发电系统改进而成的,在整个系统中,风力发电机和光伏系统所产生的电能提供给LED路灯使用,不足部分由工频电网提供,电路与工频电网长期相连,并通过优化开关组合的方式,使其能够应用在更多的场合。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/201808/388065.htm

1 驱动电路设计

1.1 LED驱动条件

LED节能灯的快速发展,使得LED驱动电路的设计更加严格,整个电路不仅要安全低功耗,还应该具有恒流特性,即电源电压变动幅度15%时,输出电流的变化幅度不超过10%,这样才能保证LED驱动电路较高的能量利用效率。

1.2 驱动电路特点

此驱动电路使用恒流电源驱动方法,专为T10 LED灯设计,不仅可应用在闹市区,工业园区和大学校园,也可应用在孤岛,乡村等偏远地区,市场应用前景广阔。同时整个电路采用了特殊的开关控制方式,使其具有高效率,节能环保等方面的优势。经过研究和物理电路测量,驱动电路具有以下特点:工作频率50~60 Hz;功率24 W;宽输入电压AC 110~265 V/50~60 Hz;输出电流0.24A;输出电压:36 V≤Uout≤0.6 Uin;体积为175 mm×18 mm×11 mm;直流50 V~80V。这些参数确保了LED驱动电路使用时安全稳定,使其具有恒流精度高,电磁兼容性较好的特征。

1.3 驱动电路电路设计

驱动电路原理图如图1所示,通过桥式整流器,电流直接被送到LED负载的正极,然后通过负极,经由变压器到达晶体管Q1,最后又通过桥式整流器,这就是该负载电路电流的主要回路。当没有负载时,R17就充当保护电路的负载,保证电路不会短路。C1在这里起到滤波以及平衡负载两端电压的作用。D1为蓄流二极管,保证变压器正常工作。电路图的下半部分,是由两个芯片和Q1组成的反馈调节电路。Q1能根据U1的变化情况,向变压器发出高频电流。当负载电流过载时,电流会通过R7和R8到达U2,使得U2右边的二极管发热,导致U2左边的电压降低,同时反馈到U1,U1通过调节电压和频率控制电路,从而使系统电路输出恒定电流。

2 LF-F301驱动电路原理分析

2.1 工作模块

如图2所示,此电路通过变压器输出适当的电流,当有LED负载时,电路中通入适当的电流和频率使LED正常工作;当没有负载时,变压器中仍然残留有能量,需要释放。此时由R17等构成的回路,可以慢慢地释放变压器中的电能。但当电流突然减小时,变压器中会产生感应电动势,由此会产生较高的反向电压,可能会击穿器件。为了克服这个问题,在线圈的两端并联一个续流二极管D1,同时在电路输出端串联R15,并且在R15两端并联R2,R3,R4,R6。R15有降压作用,并且能为反馈电路提供电压。由于R15承受的功率较大,容易烧坏,所以预备一个由R2,R3,R4和R6的并联等效电阻,这样每个电阻承受的功率变小,在增加使用寿命的同时,能够减少维修费用。

2.2 采样模块

如图3所示,采样电流经过传感器U2将电流信号转换成电压信号,并输出到芯片U1的2号引脚。

2.3 控制模块

如图4所示,电路通过T1、D7获取稳定的22 V电压,供给芯片工作,芯片通过2号引脚进行取样输入,C4对电路的频率和电压进行控制。

3 电路设计

合理的蓄电池充放电,不仅可以延长蓄电池寿命,且能提升整个电路系统的稳定性。因此需要设计保护电路,以保证蓄电池能在一定的电压范围内进行充放电。本项目使用3级级联的12 V铅酸蓄电池。由于过充电路与过放电路有相似性,本文只给出蓄电池的过放电路,如图5所示。电源电压正常时,调节电位器RP1使放大器的同相输入端的电位略高于反相输入端的电位,此时放大器输出低电平,VT截止,电路正常工作。当电源电压10.5 V时,反相输入端的电位大于同相输入端的电位,放大器会输出高电平,调节RP2,使VT导通,此时负载与电源断开。

4 电路开关设计

光控开关的基本原理是光敏效应,当光照达到一定值时,开关开通,否则自动关断。时控开关按设定的时间开启或关断电路。然而在灯光控制领域应用光控开关时,即使感光头放在较为合适的位置,在早晨和傍晚采集到的光照强度也是不稳定的。若把光控开关和时控开关的输出端串联在一起,光传感器测得外界环境的光照强度,定时器给出所需设定的时间范围,便能更好地控制电路的关断,不仅节约电能,还延长了LED灯的使用寿命。

4.1 光控模块

其由光电转换模块和光敏电阻组成。光电转换由比较器来实现。当光敏探头感应的光照强度不强时,比较器会输出高电位,否则输出低电位。具体电路如图6所示。R1分担电路电压,依照外界环境条件,选择适当的电阻R2,控制比较器中正相输入的电压值,使其作为比较器工作的参考电压;R3起到保护光敏电阻以及分压的作用。光敏电阻的阻值随着外界光强的变化而变化,这样就可将光信号变换成电压信号,以此作为信号电压连接到比较器的反相输入端。比较两个输入端的电压大小。若信号电压较小,比较器输出高电平,否则比较器输出低电平。从而实现在明亮条件下输出低电平,在黑暗条件下输出高电平的设计要求。

4.2 时控模块

时控模块以定时器为基础。当光控模块输出高电平时,时控模块进入工作状态,分为3个阶段:

(1)光强慢慢减弱,控制LED灯实现半光照明。

(2)车流高峰时段,控制LED灯实行全光照明。

(3)进入下半夜,控制LED灯采用半光照明。

5 结束语

风光互补电路驱动LED发展迅速,而且使用环境广阔。本文阐述了驱动电路的应用意义以及前景,分析了驱动电路的技术要求,设计了LED电源驱动电路。根据驱动电路要求,改进电路开关的同时,设计了蓄电池充放电保护电路,提高了整个电路的工作效率,实现了节能环保的目的。



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