LED驱动电源组合调光策略与实现 驱动电源, 景观设计, 指示灯

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照明是与人类生活息息相关的一个领域，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。
另外，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，既节省电能，降低了浪费，同时，避免LED长期在超负荷状态下工作，提高了LED的运行效率和寿命。本文通过研究电力电子开关变换器和调光策略，分析设计LED在不同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、成本低、功率密度大、电气隔离、易实现多路输出、提供耐压保护等优点，适合150 W以下小功率电源装置，而LED 照明一般是采用小功率的电源装置。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，控制简单，外围电路也比较成熟。电路原理图如图1所示。




图1 Flyback 恒流驱动电路


LED 由于其陡峭的伏安特性，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值进行比较，通过PI调节，经过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，电路工作达到稳态即恒流输出。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，通过调整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。3 实验结果

基于上述拓扑的分析，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 给出了恒流输出和纹波波形，图9和图10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。



图8 当Uin=48 V，Io=0.45 A恒流输出时输出电流及其纹波




图9 当Uin=48 V，Io=0.45 A模拟调光时主开关管Uds和Ugs波形



图10 当Uin=48 V，Io=0.45 A PWM调光时主开关管和调光开关管Ugs波形





图11 三种调光方式的效率对比曲线



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。