【導(dǎo)讀】目前驅(qū)動(dòng)電路的性能多數(shù)均不穩(wěn)定，LED驅(qū)動(dòng)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(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸。本文設(shè)計(jì)基于LF—F301的LED驅(qū)動(dòng)電路改善了這些不足。
近年來，世界經(jīng)濟(jì)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(huì)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(jìn)入以LED為代表的新照明時(shí)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(bǔ)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)由風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電作為LED驅(qū)動(dòng)電路的輸入。
目前驅(qū)動(dòng)電路的性能多數(shù)均不穩(wěn)定，LED驅(qū)動(dòng)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(jìn)一步推廣應(yīng)用的瓶頸。本文設(shè)計(jì)基于LF—F301的LED驅(qū)動(dòng)電路改善了這些不足，其是基于風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電系統(tǒng)改進(jìn)而成的，在整個(gè)系統(tǒng)中，風(fēng)力發(fā)電機(jī)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(dòng)電路設(shè)計(jì)
1.1 LED驅(qū)動(dòng)條件
LED節(jié)能燈的快速發(fā)展，使得LED驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)更加嚴(yán)格，整個(gè)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(dòng)幅度<15%時(shí)，輸出電流的變化幅度不超過10%，這樣才能保證LED驅(qū)動(dòng)電路較高的能量利用效率。
1.2 驅(qū)動(dòng)電路特點(diǎn)
此驅(qū)動(dòng)電路使用恒流電源驅(qū)動(dòng)方法，專為T10 LED燈設(shè)計(jì)，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(yuǎn)地區(qū)，市場應(yīng)用前景廣闊。同時(shí)整個(gè)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(dòng)電路具有以下特點(diǎn)：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(dòng)電路使用時(shí)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(dòng)電路電路設(shè)計(jì)
驅(qū)動(dòng)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(fù)載的正極，然后通過負(fù)極，經(jīng)由變壓器到達(dá)晶體管Q1，最后又通過橋式整流器，這就是該負(fù)載電路電流的主要回路。當(dāng)沒有負(fù)載時(shí)，R17就充當(dāng)保護(hù)電路的負(fù)載，保證電路不會(huì)短路。C1在這里起到濾波以及平衡負(fù)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(gè)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(fù)載電流過載時(shí)，電流會(huì)通過R7和R8到達(dá)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(shí)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(dòng)電路設(shè)計(jì)圖
2 LF-F301驅(qū)動(dòng)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(fù)載時(shí)，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(fù)載時(shí)，變壓器中仍然殘留有能量，需要釋放。此時(shí)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(shí)，變壓器中會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢，由此會(huì)產(chǎn)生較高的反向電壓，可能會(huì)擊穿器件。為了克服這個(gè)問題，在線圈的兩端并聯(lián)一個(gè)續(xù)流二極管D1，同時(shí)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(gè)由R2，R3，R4和R6的并聯(lián)等效電阻，這樣每個(gè)電阻承受的功率變小，在增加使用壽命的同時(shí)，能夠減少維修費(fèi)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(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)，并輸出到芯片U1的2號(hào)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(hào)引腳進(jìn)行取樣輸入，C4對電路的頻率和電壓進(jìn)行控制。
圖4：控制模塊
[page]
3 蓄電池保護(hù)電路設(shè)計(jì)
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(gè)電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。因此需要設(shè)計(jì)保護(hù)電路，以保證蓄電池能在一定的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行充放電。本項(xiàng)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(shí)，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(shí)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(shí)，反相輸入端的電位大于同相輸入端的電位，放大器會(huì)輸出高電平，調(diào)節(jié)RP2，使VT導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)載與電源斷開。
圖5：蓄電池保護(hù)電路
4 電路開關(guān)設(shè)計(jì)
光控開關(guān)的基本原理是光敏效應(yīng)，當(dāng)光照達(dá)到一定值時(shí)，開關(guān)開通，否則自動(dòng)關(guān)斷。時(shí)控開關(guān)按設(shè)定的時(shí)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(shí)，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(qiáng)度也是不穩(wěn)定的。若把光控開關(guān)和時(shí)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(qiáng)度，定時(shí)器給出所需設(shè)定的時(shí)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(shí)現(xiàn)。當(dāng)光敏探頭感應(yīng)的光照強(qiáng)度不強(qiáng)時(shí)，比較器會(huì)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(hù)光敏電阻以及分壓的作用。光敏電阻的阻值隨著外界光強(qiáng)的變化而變化，這樣就可將光信號(hào)變換成電壓信號(hào)，以此作為信號(hào)電壓連接到比較器的反相輸入端。比較兩個(gè)輸入端的電壓大小。若信號(hào)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(shí)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(jì)要求。
圖6：光控模塊
4.2 時(shí)控模塊
時(shí)控模塊以定時(shí)器為基礎(chǔ)。當(dāng)光控模塊輸出高電平時(shí)，時(shí)控模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，分為3個(gè)階段：
(1)光強(qiáng)慢慢減弱，控制LED燈實(shí)現(xiàn)半光照明。
(2)車流高峰時(shí)段，控制LED燈實(shí)行全光照明。
(3)進(jìn)入下半夜，控制LED燈采用半光照明。
5 結(jié)束語
風(fēng)光互補(bǔ)電路驅(qū)動(dòng)LED發(fā)展迅速，而且使用環(huán)境廣闊。本文闡述了驅(qū)動(dòng)電路的應(yīng)用意義以及前景，分析了驅(qū)動(dòng)電路的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)了LED電源驅(qū)動(dòng)電路。根據(jù)驅(qū)動(dòng)電路要求，改進(jìn)電路開關(guān)的同時(shí)，設(shè)計(jì)了蓄電池充放電保護(hù)電路，提高了整個(gè)電路的工作效率，實(shí)現(xiàn)了節(jié)能環(huán)保的目的。
