詳解LED設計原理及調光電路設計 —電路圖天天讀(244)

作者:電工吧 日期:2020-07-05 16:06:44 人氣: 欄目:LED

  隨著LED制造技術以及電池技術的進步,高亮度(HB) LED廣泛用于各種照明設備,其光輸出量(發光效率)通常以流明/瓦為單位計量,已經超過了熒光燈的發光效率。

  1 概述

  高 亮度(HB) LED目前已廣泛用于各種照明設備,其光輸出量(發光效率)通常以流明/瓦為單位計量,已經超過了熒光燈的發光效率。而采用高容量、單節Li+電池驅動高 效率LED光源時,由于電池電壓僅為3V至4V,需要解決電源轉換問題??煽啃约鞍踩匦允沟肏B LED成為電池備份照明系統(應急照明等)的優選方案。

  隨著LED制造技術以及電池技術的進步,目前最高容量的鋰離子(Li+)電池能量密度可以 達到 750kJ/kg左右;鎳氫(NiMH)電池的能量密度略低一些,大約為200kJ/kg (而汽油的能量密度為44MJ/kg)。單節Li+電池的端電壓約為3.7V,要想直接驅動多個串聯的LED,則需把多節電池串聯在一起,但這會帶來功率 分配等設計問題,用戶也往往首選單節電池供電的方案。

  2 采用連續boost模式驅動LED燈串

  以常見的boost配置拓撲為例,例如:標準的MAX16834 HB LED驅動器評估板(EV) MAX16834EVKIT (圖1)。

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  為了向開關MOSFET提供足夠的柵極驅動電壓,MAX16834要求工作電壓至少為4.5V,以便MOSFET進入低阻導通狀態。對于采用n溝道FET工作在boost模式的HB LED驅動器,這者要求很常見。

  單節Li+電池的驅動電壓可能低至3V,無法支持電路中FET及其它電路的正常工作。這就需要將電池電壓提升到較高電壓,器件即可正常工作。

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  圖2:HB LED 驅動器和升壓轉換器

  為了消除電池放電期間對電壓的影響或電池阻抗的升高,可采用大電流、低電壓電源代替電池,從而使輸入電壓保持基本穩定,通過改變LED 驅動電流改變系統負載。

  LED 調光能以兩種方式進行:模擬調光和脈沖寬度調制(PWM) 調光。模擬調光簡單地調節LED 串的 DC 電流, 以改變 LED 的光輸出, 而 PWM 調光則 改變 LED 串中恒定電流的占空比,以有效改變 LED 串中的平均電流,以此實現調光。盡管模擬調光的簡單性富有吸引力, 但是這種方式對很多應用不合適, 因為 模擬調光僅在 10:1 的亮度調節時, 就損失超過25%的準確度, 而且這種調光方式使 LED 產生色彩失真。 相比之下, PWM 調光可以在準確度沒有任何顯著損 失的情況下,產生 3000:1 以及更高的調光比 (在 100Hz 時),而且 LED色彩沒有改變。

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  圖3:用于汽車前燈、具備25:1的內部 PWM 調光、效率為94%的升壓模式 LED 驅動器

  3 LED 路燈控制器系統結構

  LED 路燈控制系統結構框圖如圖4所示,本系統中關鍵部件是控制器,控制器的功能主要有:

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圖4 控制器結構框圖

 ?。?)白天對太陽能電池板的電壓和電流進行檢測,通過 MPPT 算法追蹤太陽能電池板最大輸出功率點, 使太陽能電池板以最大輸出功率給蓄電池充電, 并控制太陽能電池對蓄電池進行充電的方式;(2)控制光電互補自動轉換, 晚上控制蓄電池放電, 驅動 LED 負載照明;當在太陽光照不足或陰雨天氣, 蓄電池放電電壓達最低電壓時,能自動切換到市電供 LED 路燈點亮;(3)對蓄電池實行過放電保護 、過充電保護、短路保護、反接保護和極性保護;(4)控制 LED燈的開關,通過對外環境監測,可以控制 LED 燈開燈、關燈時間。

  4 充電電路及輸出控制

  4.1 充電電路

  充電電路用來調節充電電流與電壓, 使太陽能電池板穩定地對蓄電池充電。 由于每天在各個時段太陽能電池板所轉換的太陽輻射能不同, 使得太陽能電池輸出 的電流和電壓各不相同,這就需要通過必要的充電電路來控制。本電路就是用 TL494 實現的電壓型脈寬調制(PWM)控制電路,電路圖如圖5所示。

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圖5 充電電路

  編輯點評:本文所采用最新技術、高容量Li+電池提供照明解決方案,避免多級電源轉換而導致的效率低下問題,有助于延長電池使用壽命。通過對LED 路燈系統設計和實際測試觀察,其結果基本符合設計要求。
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