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LED电源驱动电路系统

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wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:48 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
近年来,世界经济形势和能源发展格局发生了较大变化,各国都关心着能源问题,担心常规能源的大量使用会威胁到人类的生存环境。为贯彻可持续发展,许多国家在新能源的开发利用上投入了大量的人力物力,21世纪将进入以LED为代表的新照明时代。由于在不同地域条件下,太阳能和风力资源分布各不相同。为取得最大的风光利用率,采用了风光互补系统,实现由风光互补发电作为LED驱动电路的输入。

目前驱动电路的性能多数均不稳定,LED驱动电源仍存在转换效率差、功率因数低、输出电流稳定性不好、寿命不能与LED相匹配等问题,已成为制约LED照明装置进一步推广应用的瓶颈。本文设计基于LF—F301的LED驱动电路改善了这些不足,其是基于风光互补发电系统改进而成的,在整个系统中,风力发电机和光伏系统所产生的电能提供给LED路灯使用,不足部分由工频电网提供,电路与工频电网长期相连,并通过优化开关组合的方式,使其能够应用在更多的场合。

1 驱动电路设计

1.1 LED驱动条件

LED节能灯的快速发展,使得LED驱动电路的设计更加严格,整个电路不仅要安全低功耗,还应该具有恒流特性,即电源电压变动幅度<15%时,输出电流的变化幅度不超过10%,这样才能保证LED驱动电路较高的能量利用效率。

1.2 驱动电路特点

此驱动电路使用恒流电源驱动方法,专为T10 LED灯设计,不仅可应用在闹市区,工业园区和大学校园,也可应用在孤岛,乡村等偏远地区,市场应用前景广阔。同时整个电路采用了特殊的开关控制方式,使其具有高效率,节能环保等方面的优势。经过研究和物理电路测量,驱动电路具有以下特点:工作频率50~60 Hz;功率24 W;宽输入电压AC 110~265 V/50~60 Hz;输出电流0.24A;输出电压:36 V≤Uout≤0.6 Uin;体积为175 mm×18 mm×11 mm;直流50 V~80V。这些参数确保了LED驱动电路使用时安全稳定,使其具有恒流精度高,电磁兼容性较好的特征。

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沙发
wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:49 | 只看该作者
1.3 驱动电路电路设计

驱动电路原理图如图1所示,通过桥式整流器,电流直接被送到LED负载的正极,然后通过负极,经由变压器到达晶体管Q1,最后又通过桥式整流器,这就是该负载电路电流的主要回路。当没有负载时,R17就充当保护电路的负载,保证电路不会短路。C1在这里起到滤波以及平衡负载两端电压的作用。D1为蓄流二极管,保证变压器正常工作。电路图的下半部分,是由两个芯片和Q1组成的反馈调节电路。Q1能根据U1的变化情况,向变压器发出高频电流。当负载电流过载时,电流会通过R7和R8到达U2,使得U2右边的二极管发热,导致U2左边的电压降低,同时反馈到U1,U1通过调节电压和频率控制电路,从而使系统电路输出恒定电流。

图1:LED驱动电路设计图


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板凳
wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:49 | 只看该作者
2 LF-F301驱动电路原理分析

2.1 工作模块

如图2所示,此电路通过变压器输出适当的电流,当有LED负载时,电路中通入适当的电流和频率使LED正常工作;当没有负载时,变压器中仍然残留有能量,需要释放。此时由R17等构成的回路,可以慢慢地释放变压器中的电能。但当电流突然减小时,变压器中会产生感应电动势,由此会产生较高的反向电压,可能会击穿器件。为了克服这个问题,在线圈的两端并联一个续流二极管D1,同时在电路输出端串联R15,并且在R15两端并联R2,R3,R4,R6。R15有降压作用,并且能为反馈电路提供电压。由于R15承受的功率较大,容易烧坏,所以预备一个由R2,R3,R4和R6的并联等效电阻,这样每个电阻承受的功率变小,在增加使用寿命的同时,能够减少维修费用。


图2:工作模块


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地板
wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:49 | 只看该作者
2.2 采样模块

如图3所示,采样电流经过传感器U2将电流信号转换成电压信号,并输出到芯片U1的2号引脚。


图3:取样模块


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wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:49 | 只看该作者
2.3 控制模块

如图4所示,电路通过T1、D7获取稳定的22 V电压,供给芯片工作,芯片通过2号引脚进行取样输入,C4对电路的频率和电压进行控制。


图4:控制模块


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wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:50 | 只看该作者
3 蓄电池保护电路设计

合理的蓄电池充放电,不仅可以延长蓄电池寿命,且能提升整个电路系统的稳定性。因此需要设计保护电路,以保证蓄电池能在一定的电压范围内进行充放电。本项目使用3级级联的12 V铅酸蓄电池。由于过充电路与过放电路有相似性,本文只给出蓄电池的过放电路,如图5所示。电源电压正常时,调节电位器RP1使放大器的同相输入端的电位略高于反相输入端的电位,此时放大器输出低电平,VT截止,电路正常工作。当电源电压<10.5 V时,反相输入端的电位大于同相输入端的电位,放大器会输出高电平,调节RP2,使VT导通,此时负载与电源断开。


图5:蓄电池保护电路


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wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:50 | 只看该作者
3 蓄电池保护电路设计

合理的蓄电池充放电,不仅可以延长蓄电池寿命,且能提升整个电路系统的稳定性。因此需要设计保护电路,以保证蓄电池能在一定的电压范围内进行充放电。本项目使用3级级联的12 V铅酸蓄电池。由于过充电路与过放电路有相似性,本文只给出蓄电池的过放电路,如图5所示。电源电压正常时,调节电位器RP1使放大器的同相输入端的电位略高于反相输入端的电位,此时放大器输出低电平,VT截止,电路正常工作。当电源电压<10.5 V时,反相输入端的电位大于同相输入端的电位,放大器会输出高电平,调节RP2,使VT导通,此时负载与电源断开。


图5:蓄电池保护电路


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wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:50 | 只看该作者

图6:光控模块


4.2 时控模块

时控模块以定时器为基础。当光控模块输出高电平时,时控模块进入工作状态,分为3个阶段:

(1)光强慢慢减弱,控制LED灯实现半光照明。
(2)车流高峰时段,控制LED灯实行全光照明。
(3)进入下半夜,控制LED灯采用半光照明。

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9
wangdezhi|  楼主 | 2015-3-15 15:50 | 只看该作者
5 结束语

风光互补电路驱动LED发展迅速,而且使用环境广阔。本文阐述了驱动电路的应用意义以及前景,分析了驱动电路的技术要求,设计了LED电源驱动电路。根据驱动电路要求,改进电路开关的同时,设计了蓄电池充放电保护电路,提高了整个电路的工作效率,实现了节能环保的目的。

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