一种基于蓄电池供电的LED照明系统设计

　　1.2 B00st变换器及控制器改进

　　主电路示意图如图3所示。对于主电路，恒流控制的电流通过采样电阻R将电流转换成电压，控制器通过开关管的开通与关断，能够实现恒定采样电阻上的电压，从而实现了恒定LED阵列的电流。如果能够调节控制器恒定采样电阻上的电压值，则将实现LED的模拟调光。基于以上思路，对LTC3783进行应用改进，见图4.

　　图4中将采样电阻端接控制器的FBN负反馈端，而非接采样sense端。将参考电平Vref经分压接入FBP正反馈端，再以可调电阻R2替代定值电阻。

　　要实现恒定采样电阻上的电压目标值，只需调节可调电阻。所恒定的LED电流值由所恒定的采样电阻上的电压值所确定。即：

　　通过以上对控制器LTC3783进行应用创新，实现了对LED进行模拟调光，同时实现了在需要更换LED阵列时，只要功率不过大，均无需重新设计电路。

　　再结合控制器本身的特性，本电路设计还可以对LED进行数字调光，对于功率从几瓦到几十瓦的LED阵列和端电压范围从6-36V的蓄电池均能正常工作。

　　变换器的设计应满足以下要求：

　　(1)当以一个8串、每串20颗LED的阵列作为负载时：

　　输出电压Vo:60~66V

　　输出电流Io:0.16A(恒定电流值)

　　工作频率f:45kHz

　　当以12V蓄电池供电时：

　　电压变比M:5-5.5

　　占空比D:0.800-0.818

　　当以24V蓄电池供电时：

　　电压变比M:2.5~2.75

　　占空比D:O.600-O.636

　　(2)当以一个12串、每串12颗LED的阵列作为负载时：

　　输出电压Vo:36-39.6V

　　输出电流Io:0.24A(恒定电流值)

　　工作频率f:45kHz

　　当以12v蓄电池供电时：

　　电压变比M:3-3.3

　　占空比D:0.667-0.697

　　当以24v蓄电池供电时：

　　电压变比M:1.5~1.65

　　占空比D:0.333~0.394

　　调试时，只需调节可调电阻R2便可实现恒定的电流目标值，占空比会由控制器自行调整。Boost电路中的电容大小决定了负载电压纹波大小，具体电容值可根据设计需要自行选取。电路中的电感值决定了电流纹波，为了便于系统参数的设计，通常都是设计系统工作于电流连续模式。本系统考虑在极端情况下，调光至10mA电感电流仍然连续，取值如下：

　　考虑一定的裕量，最终选取电感量为1.5mH.如果电感量选取过小，易导致当负载功率较大时，设计电路输出功率不足，无法使负载正常工作。

　　1.3恒流控制

　　实际上，变换器的输出电流不是完全恒定不变的，而是具有一定的纹波，如图5所示。MOS管开通时输出电流上升，关断时下降。这里的控制策略就是当输出电流达到设定上限时，将MOS管关断，使得电流下降，直到下一个LTC3783控制器内部的触发脉冲(频率即为45kHz)到来时产生驱动信号将它再次开启。具体所设置的电流可通过调节可调电阻实现。

　　由于直接对输出电流进行采样形成反馈，所以不论LED的V-I特性发生什么变化，都能由反馈形成调整，维持输出电流不变。

　　2实验结果

　　图6(a)中的上波形是输出电压，下波形是开关管驱动波形，图6(b)是与之相对应的采样电阻输出电压波形，该波形中的尖刺是寄生电感和电容等引起的噪声。图6中两组波形是以12V蓄电池供电，以一个8串、每串20颗LED的阵列为负载的实验波形。

　　与前面计算的理论值：占空比D:O.800~0.818相吻合。经实验，12V蓄电池供电下，以一个12串、每串12颗LED的阵列为负载，和以端电压为24V蓄电池对以上两种LED阵列进行供电时，占空比均与前面的理论分析值一致，并且能稳定地工作。

　　因此证明了本系统对于大功率范围内的LED阵列，使用端电压范围从6-36V的蓄电池均能正常工作。而且，在对产品进行维护--需要更换LED或需要更换蓄电池时，只要满足上述要求，无需更换电路模块，系统就能正常并稳定地工作。

　　3结论

　　本电路设计可以同时对LED进行模拟调光和数字调光，并且本系统适用于功率从几瓦到几十瓦的LED阵列、端电压范围从6-36V的蓄电池，从而使得对产品进行维护--需要更换LED或是需要更换蓄电池时，只要满足上述要求，无需更换电路模块，系统就能正常并稳定地工作。