|
导读：照明是与人类生活息息相关的一个范畴，也是消耗能源的重要方面，约占世界总耗能的20%。LED（Light Emitting Diode）作为新型高效固体光源，由于高效、环保、寿命长等优点，广泛应用在室内外照明、景观设计、指示灯等方面。LED 照明迅速成为最热门的第四代电光源之一，已成为未来照明产业发展的方向。 别的，为了适应实际生产和节电的需要，LED通常需要调光。调光电路的实现，既节流电能，低沉了浪费，同时，制止LED恒久在超负荷状态下工作，提高了LED的运行效率和寿命。本京电港论坛文章通过研究电力电子开关变更器和调光计谋，分析设计LED在差别调光方式下的运行状态，实现高效的组合调光策略。 1 Flyback 驱动电路分析 隔离型反激电路具有所用器件最少、资本低、功率密度大、电气隔离、易实现多路输出、提供耐压掩护等优点，适合150 W以下小功率电源装置，而LED 照明一般是接纳小功率的电源装置。本文采用反激电路作为主电路，采用UC3842 作为控制芯片。UC3842 是一种固定频率电流型控制芯片，外围元件少，振荡频率最大可达500 kHz，控制简朴，外围电路也比力成熟。电路原理图如图1{京电港论坛}所示。
LED 由于其陡峭的伏安特点，一般采用恒流驱动。本文采用双环控制恒流输出。如图1，通过电流采样电阻Rs将电流信号转换成电压信号，与给定的Uref-i值举行比较，通过PI调治，颠末光耦隔离形成电流误差信号作为内电流环的给定，与开关电流进行比较，再通过UC3842 内部比较器形成PWM波，用以控制开关管的开断,当电流参考值恒定时，电路工作到达稳态即恒流输出。通过调节VR2可以改变Uref-i值，从而达到调光效果。另外，为了防止输出过压，在反馈环节还加了一个电压环，通过调解VR1改变输出限压值。图中参考电压Uref由TL431提供2.5 V的基准电压。 2 调光策略分析 LED的亮度是随着正向电流IF的厘革而出现近似比例变化的，当改变正向电流平均值时，相应地也能改变光输出的巨细。常见的改变IF大小的有两种方式，如图2{京电港论坛}所示。
在图2（a）中，通过在不同时刻一连地调节省过LED的电流，来改变光通量输出，流过LED的电流是连续的；在图2（b）中，先给定一个Im值，通过给定不同的占空比Ddim控制电流，则流过LED的电流：
式中，Ton是在调光开关管一个周期Tdim内的导通时间。这样，通过调节调光占空比Ddim和Im，都可以达到调光效果。 根据改变电流方式的不同，其调光电路可相应地分为模拟调光和PWM调光。 2.1 模拟调光 模拟调光方式可分为开关式幅值变化AM调光和线性调光，其电路控制原理图如图3{京电港论坛}。幅值变化调光如图3（a），其一般有两种方法： ① 固定参考电压Uref-i的大小， 而改变采样电阻Rs的大小。为减小系统功耗，Rs一般取1 Ω以下，而市场上1 Ω左右的电位器又比较少见； ②电流采样电阻保持稳定，线性改变Uref-i的大小，即电流参考值改变。这样既可淘汰电阻上的功耗，又简单方便。线性调光是将工作在放大区的功率管当做动态电阻，如图3（b）、（c）所示，分为并联型和串联型两种。此时主电路工作在恒压模式，通过改变Q1的阻值来调节电路电流。模拟调光能够避免调光时产生的噪声，无闪烁现象，而且简单方便。但是变换器始终处在连续工作状态，系统的损耗比较大；另一方面，模拟调光时LED的色温、光效等光学特性会随着电流变化而变化，在对色温等要求严格的场所该方式受到限制。
2.2 PWM 调光 PWM调光能够准确地控制流过LED的电流，调光范围更宽，色温不会发生漂移，而且LED驱动器的效率高，缺点是调光时容易产生噪声。PWM调光频率一般在200 Hz 以上，以避免产生LED闪烁等情况。调光方案如图4{京电港论坛}，在输出负载串接一开关管，通过单片机输出PWM脉冲反复地接通和断开LED电流来调节发光亮度。
PWM模块由Microchip公司生产的8位单片机PIC16F877A产生。单片机晶振为4 M，调光频率fdim设为250 Hz。AD收罗后的数据通过转换作为占空比的给定值，单片机输出的PWM波经过TLP250放大后作为驱动调光MOS管的PWM信号。电路原理图如图5。 由于反激电路不能工作在空载状态，当空载即输出电流为0 时输出电压会很快窜到限压值，所以进行PWM 调光时的Im即电路的最大电流。在进行PWM调光时，先调整电压环和电流环使得电路的最大工作电流为额定电流Im，对Im进行PWM调节，则iLEDS=DdimIm。 2.3 组合调光 将模拟调光和PWM调光联合起来，相互增补不敷，在既需要模拟调光也要求PWM调光的场合尤为适用。根据电路特点和实际应用，提出告终合两种调光方式的调光方案。 （1）在PWM 调光的底子上改变Im进行混淆调光。当调光开关管Sdim断开时输出电压为限压值Uo-set，则在Sdim的开通时间内，输出部门构成一阶零输入响应。LED 模型UO=Uturn-on+Rled×IO，则等效电路原理图纸如图6{京电港论坛} 所示，经过DdimTdim的导通时间后，输出电压为：
设Ddim在0.3~1 范围内可调，Uo-set取30 V，Uturn-on取25 V，fdim取250 Hz，输出电容取2000 μF，Rled为7 Ω，则Uo29 V。所以在Sdim开通时刻，Uo根本保持限压值不变，电流为该限值下的最大值Im。此时调节电流环已不起作用，通过连续调节电压环强制改变限压值，从而改变Im以达到调光效果。 （2）第二种调光方案：将LED并联两路，一路用模拟调光，一路用PWM 调光。两路调光示意图如图7{京电港论坛} 所示。Ⅰ路和Ⅱ路的输出电压都为Uo，则Ⅰ路通过模拟方式进行调光；Ⅱ路的Im即在电压Uo下的电流值，通过改变占空比改变流过Ⅱ路的电流，进行调光。若两路带的负载一样， 则Io=I1+I2≈(1+D)I1。
3 实验效果 {方案}上述拓扑的分析，设计了一个输入电压Uin=36~60 VDC，输出电流Io=0.7 A，输出电压Uo=30V左右的调光电路，电路工作频率为50 kHz，能在30%-100%宽范围内调光。实验的负载采用额定电流为30 mA的小LED 灯8串16并联构成，最大电流可达到1 A。 图8{京电港论坛} 给出了恒流输出和纹波波形，图9{京电港论坛}和图10{京电港论坛}分别是模拟调光和PWM 调光时的驱动波形。图11是三种方式的效率曲线，由图11可知，在一定输出电流范围内，PWM调光的效率最高，模拟调光次之，组合调光效率有所降低，但都能保持在85%以上。
4 结论 本文采用反激变换器电路拓扑，设计了一个LED驱动电源与组合调光电路。分析总结了几种LED调光方法，通过实验样机设计、结果分析，该电路实现了模拟、PWM以及组合调光，调光效率在86%以上，纹波在4%以下，开关管电压应力在允许范围之内，能实现高效可靠的LED照明调光。 |
热点图文
