【導(dǎo)讀】目前驅(qū)動電路的性能多數(shù)均不穩(wěn)定,LED驅(qū)動電源仍存在轉(zhuǎn)換效率差、功率因數(shù)低、輸出電流穩(wěn)定性不好、壽命不能與LED相匹配等問題,已成為制約LED照明裝置進一步推廣應(yīng)用的瓶頸。本文設(shè)計基于LF—F301的LED驅(qū)動電路改善了這些不足。
近年來,世界經(jīng)濟形勢和能源發(fā)展格局發(fā)生了較大變化,各國都關(guān)心著能源問題,擔(dān)心常規(guī)能源的大量使用會威脅到人類的生存環(huán)境。為貫徹可持續(xù)發(fā)展,許多國家在新能源的開發(fā)利用上投入了大量的人力物力,21世紀(jì)將進入以LED為代表的新照明時代。由于在不同地域條件下,太陽能和風(fēng)力資源分布各不相同。為取得最大的風(fēng)光利用率,采用了風(fēng)光互補系統(tǒng),實現(xiàn)由風(fēng)光互補發(fā)電作為LED驅(qū)動電路的輸入。
目前驅(qū)動電路的性能多數(shù)均不穩(wěn)定,LED驅(qū)動電源仍存在轉(zhuǎn)換效率差、功率因數(shù)低、輸出電流穩(wěn)定性不好、壽命不能與LED相匹配等問題,已成為制約LED照明裝置進一步推廣應(yīng)用的瓶頸。本文設(shè)計基于LF—F301的LED驅(qū)動電路改善了這些不足,其是基于風(fēng)光互補發(fā)電系統(tǒng)改進而成的,在整個系統(tǒng)中,風(fēng)力發(fā)電機和光伏系統(tǒng)所產(chǎn)生的電能提供給LED路燈使用,不足部分由工頻電網(wǎng)提供,電路與工頻電網(wǎng)長期相連,并通過優(yōu)化開關(guān)組合的方式,使其能夠應(yīng)用在更多的場合。
1 驅(qū)動電路設(shè)計
1.1 LED驅(qū)動條件
LED節(jié)能燈的快速發(fā)展,使得LED驅(qū)動電路的設(shè)計更加嚴(yán)格,整個電路不僅要安全低功耗,還應(yīng)該具有恒流特性,即電源電壓變動幅度<15%時,輸出電流的變化幅度不超過10%,這樣才能保證LED驅(qū)動電路較高的能量利用效率。
1.2 驅(qū)動電路特點
此驅(qū)動電路使用恒流電源驅(qū)動方法,專為T10 LED燈設(shè)計,不僅可應(yīng)用在鬧市區(qū),工業(yè)園區(qū)和大學(xué)校園,也可應(yīng)用在孤島,鄉(xiāng)村等偏遠地區(qū),市場應(yīng)用前景廣闊。同時整個電路采用了特殊的開關(guān)控制方式,使其具有高效率,節(jié)能環(huán)保等方面的優(yōu)勢。經(jīng)過研究和物理電路測量,驅(qū)動電路具有以下特點:工作頻率50~60 Hz;功率24 W;寬輸入電壓AC 110~265 V/50~60 Hz;輸出電流0.24A;輸出電壓:36 V≤Uout≤0.6 Uin;體積為175 mm×18 mm×11 mm;直流50 V~80V。這些參數(shù)確保了LED驅(qū)動電路使用時安全穩(wěn)定,使其具有恒流精度高,電磁兼容性較好的特征。
1.3 驅(qū)動電路電路設(shè)計
驅(qū)動電路原理圖如圖1所示,通過橋式整流器,電流直接被送到LED負載的正極,然后通過負極,經(jīng)由變壓器到達晶體管Q1,最后又通過橋式整流器,這就是該負載電路電流的主要回路。當(dāng)沒有負載時,R17就充當(dāng)保護電路的負載,保證電路不會短路。C1在這里起到濾波以及平衡負載兩端電壓的作用。D1為蓄流二極管,保證變壓器正常工作。電路圖的下半部分,是由兩個芯片和Q1組成的反饋調(diào)節(jié)電路。Q1能根據(jù)U1的變化情況,向變壓器發(fā)出高頻電流。當(dāng)負載電流過載時,電流會通過R7和R8到達U2,使得U2右邊的二極管發(fā)熱,導(dǎo)致U2左邊的電壓降低,同時反饋到U1,U1通過調(diào)節(jié)電壓和頻率控制電路,從而使系統(tǒng)電路輸出恒定電流。
圖1:LED驅(qū)動電路設(shè)計圖
2 LF-F301驅(qū)動電路原理分析
2.1 工作模塊
如圖2所示,此電路通過變壓器輸出適當(dāng)?shù)碾娏?,?dāng)有LED負載時,電路中通入適當(dāng)?shù)碾娏骱皖l率使LED正常工作;當(dāng)沒有負載時,變壓器中仍然殘留有能量,需要釋放。此時由R17等構(gòu)成的回路,可以慢慢地釋放變壓器中的電能。但當(dāng)電流突然減小時,變壓器中會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢,由此會產(chǎn)生較高的反向電壓,可能會擊穿器件。為了克服這個問題,在線圈的兩端并聯(lián)一個續(xù)流二極管D1,同時在電路輸出端串聯(lián)R15,并且在R15兩端并聯(lián)R2,R3,R4,R6。R15有降壓作用,并且能為反饋電路提供電壓。由于R15承受的功率較大,容易燒壞,所以預(yù)備一個由R2,R3,R4和R6的并聯(lián)等效電阻,這樣每個電阻承受的功率變小,在增加使用壽命的同時,能夠減少維修費用。
圖2:工作模塊
2.2 采樣模塊
如圖3所示,采樣電流經(jīng)過傳感器U2將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,并輸出到芯片U1的2號引腳。
圖3:取樣模塊
2.3 控制模塊
如圖4所示,電路通過T1、D7獲取穩(wěn)定的22 V電壓,供給芯片工作,芯片通過2號引腳進行取樣輸入,C4對電路的頻率和電壓進行控制。
圖4:控制模塊
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3 蓄電池保護電路設(shè)計
合理的蓄電池充放電,不僅可以延長蓄電池壽命,且能提升整個電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此需要設(shè)計保護電路,以保證蓄電池能在一定的電壓范圍內(nèi)進行充放電。本項目使用3級級聯(lián)的12 V鉛酸蓄電池。由于過充電路與過放電路有相似性,本文只給出蓄電池的過放電路,如圖5所示。電源電壓正常時,調(diào)節(jié)電位器RP1使放大器的同相輸入端的電位略高于反相輸入端的電位,此時放大器輸出低電平,VT截止,電路正常工作。當(dāng)電源電壓<10.5 V時,反相輸入端的電位大于同相輸入端的電位,放大器會輸出高電平,調(diào)節(jié)RP2,使VT導(dǎo)通,此時負載與電源斷開。
圖5:蓄電池保護電路
4 電路開關(guān)設(shè)計
光控開關(guān)的基本原理是光敏效應(yīng),當(dāng)光照達到一定值時,開關(guān)開通,否則自動關(guān)斷。時控開關(guān)按設(shè)定的時間開啟或關(guān)斷電路。然而在燈光控制領(lǐng)域應(yīng)用光控開關(guān)時,即使感光頭放在較為合適的位置,在早晨和傍晚采集到的光照強度也是不穩(wěn)定的。若把光控開關(guān)和時控開關(guān)的輸出端串聯(lián)在一起,光傳感器測得外界環(huán)境的光照強度,定時器給出所需設(shè)定的時間范圍,便能更好地控制電路的關(guān)斷,不僅節(jié)約電能,還延長了LED燈的使用壽命。
4.1 光控模塊
其由光電轉(zhuǎn)換模塊和光敏電阻組成。光電轉(zhuǎn)換由比較器來實現(xiàn)。當(dāng)光敏探頭感應(yīng)的光照強度不強時,比較器會輸出高電位,否則輸出低電位。具體電路如圖6所示。R1分擔(dān)電路電壓,依照外界環(huán)境條件,選擇適當(dāng)?shù)碾娮鑂2,控制比較器中正相輸入的電壓值,使其作為比較器工作的參考電壓;R3起到保護光敏電阻以及分壓的作用。光敏電阻的阻值隨著外界光強的變化而變化,這樣就可將光信號變換成電壓信號,以此作為信號電壓連接到比較器的反相輸入端。比較兩個輸入端的電壓大小。若信號電壓較小,比較器輸出高電平,否則比較器輸出低電平。從而實現(xiàn)在明亮條件下輸出低電平,在黑暗條件下輸出高電平的設(shè)計要求。
圖6:光控模塊
4.2 時控模塊
時控模塊以定時器為基礎(chǔ)。當(dāng)光控模塊輸出高電平時,時控模塊進入工作狀態(tài),分為3個階段:
(1)光強慢慢減弱,控制LED燈實現(xiàn)半光照明。
(2)車流高峰時段,控制LED燈實行全光照明。
(3)進入下半夜,控制LED燈采用半光照明。
5 結(jié)束語
風(fēng)光互補電路驅(qū)動LED發(fā)展迅速,而且使用環(huán)境廣闊。本文闡述了驅(qū)動電路的應(yīng)用意義以及前景,分析了驅(qū)動電路的技術(shù)要求,設(shè)計了LED電源驅(qū)動電路。根據(jù)驅(qū)動電路要求,改進電路開關(guān)的同時,設(shè)計了蓄電池充放電保護電路,提高了整個電路的工作效率,實現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目的。