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基于一种蓄电池供电可以进行模拟调光和数字调

一种基于蓄电池供电的LED照明系统的电路设计。以Boost为功率电路拓扑布局,经由过程合理地安排LED阵列,前进了照明的靠得住性。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掩护--必要替换LED或是必要替换蓄电池时,只要满意上述要求,无需替换电路模块,系统就能正常并稳定地事情。

媒介

因为具有高发光效率、高靠得住性、长命命等优点,发光二极管(LED)在照明、旌旗灯号显示、显像等领域利用越来越广泛,被广泛觉得是一种取代白炽灯、荧光灯等传统光源的新型光源。

驱动LED有多种措施,而最简单的措施便是将LED与限流电阻串联,再以电压源供电。这种驱动要领的优点是电路简单,然则也存在不少缺陷。首先是效率低,降压电阻会耗损大年夜量电能,以致有可能跨越LED所耗损的电能;其次是稳定电压能力极差,而LED的V-I曲线具有负温度特点,跟着结温的升高,流过LED的电流会越来越大年夜。以是,假如驱动电流得不到节制,LED很轻易被烧毁,纵然没有烧毁,寿命也会大年夜大年夜缩短。以是,驱动大年夜功率LED时,电流节制是必需的。除此之外,LED光源的照度直接与电流相关,以是节制LED的驱动电流,其照度也将获得节制。

1 系统设计

系统的道理框图如图1所示。供电电源为铅酸蓄电池,负载为LED组成的阵列,应用LTC3783作为节制器,实现PWM节制。本电路设计可以同时对LED进行模拟调光和数字调光。并且本系统对付功率从几瓦到几十瓦的LED阵列、端电压范围从6-36v的蓄电池均能正常事情,从而使得在对产品进行掩护--必要替换LED或必要替换蓄电池时,只要满意上述要求,无需替换电路模块,系统就能正常并稳定地事情。

因为发烧量、散热技巧等多方面的限定,使得单颗LED的功率不能像传统光源那样做得很大年夜,功率为1w的LED即为大年夜功率LED了。实际利用中,平日应用多颗小功率LED组成的阵列来满意较高的照度要求,并实现低资源,如图2所示。

利用LED阵列还有另一个明显优点。我们知道LED可能会因某些故障发生短路断路。当某个串,联歧路中的LED发生短路时,该歧路中其他的LED仍旧能够正常事情。只管经由过程LED的电流可能上升,然则因为LED的数量较多,上升的电流不大年夜,上升后的电流仍不会越过LED容许的事情范围。当某个串联歧路中的LED发生断路时,该串LED熄灭。

但因为阵列由多个LED串组成,其他LED串仍能事情,并分担熄灭的LED串中的电流,然则因为LED的歧路较多,上升的电流不大年夜,上升后的电流仍不会越过LED容许的事情范围。以是很显着,LED阵列相对具有更高的稳定性和靠得住性心1.而且,对付特定命目的LED阵列,当使歧路数目和歧路中的LED数目雷同等时,将更有利于提升LED组件事情的靠得住性和稳定性。

实验中制作一个8串、每串20颗LED的阵列和一个12串、每串12颗LED的阵列。应用的LED为O.1w枪弹头形LED,额定正向压降范围为3.0-3.3v,额定正向电流范围为10一30mA.实验中将LED设计事情在20mA,这样可以减小散热量,并在LED呈现短路故障时能够有足够的电流裕量。

1.2 B00st变换器及节制器改进

主电路示意图如图3所示。对付主电路,恒流节制的电流畅过采样电阻R将电流转换成电压,节制器经由过程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。假如能够调节节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进行利用改进,见图4。

图4中将采样电阻端接节制器的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:

经由过程以上对节制器LTC3783进行利用立异,实现了对LED进行模拟调光,同时实现了在必要替换LED阵列时,只要功率不过大年夜,均无需从新设计电路。

再结合节制器本身的特点,本电路设计还可以对LED进行数字调光,对付功率从几瓦到几十瓦的LED阵列和端电压范围从6-36V的蓄电池均能正常事情。

变换器的设计应满意以下要求:

(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)

事情频率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)

事情频率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,占空比会由节制器自行调剂。Boost电路中的电容大年夜小抉择了负载电压纹波大年夜小,详细电容值可根据设计必要自行拔取。电路中的电感值抉择了电流纹波,为了便于系统参数的设计,平日都是设计系统事情于电流继续模式。本系统斟酌在极度环境下,调光至10mA电感电流仍旧继续,取值如下:

斟酌必然的裕量,终极拔取电感量为1.5mH.假如电感量拔取过小,易导致当负载功率较大年夜时,设计电路输出功率不够,无法使负载正常事情。

1.3恒流节制

实际上,变换器的输出电流不是完全恒定不变的,而是具有必然的纹波,如图5所示。MOS管开通时输出电流上升,关断时下降。这里的节制策略便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节制器内部的触发脉冲(频率即为45kHz)到来时孕育发生驱动旌旗灯号将它再次开启。详细所设置的电流可经由过程调节可调电阻实现。

因为直接对输出电流进行采样形成反馈,以是不论LED的V-I特点发生什么变更,都能由反馈形成调剂,保持输出电流不变。

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中两组波形因此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。

与前面谋略的理论值: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阐发值同等,并且能稳定地事情。

是以证清楚明了本系统对付大年夜功率范围内的LED阵列,应用端电压范围从6-36V的蓄电池均能正常事情。而且,在对产品进行掩护--必要替换LED或必要替换蓄电池时,只要满意上述要求,无需替换电路模块,系统就能正常并稳定地事情。

3结论

Boost电路不只能够升压,而且拓扑本身所需元器件少,有利于前进效率,异常得当必要以蓄电池对LED供电的利用。经由过程对节制器LTC3783利用立异,实现了对LED进行模拟调光和数字调光。并且所设计的系统对付功率从几瓦到几十瓦的LED阵列、端电压范围从6-36V的蓄电池均能正常事情,而且对产品进行掩护--必要替换LED或是在必要替换蓄电池时,只要满意上述要求,无需替换电路模块,系统就能正常并稳定地事情。

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