无线LED照明驱动系统方案设计 LED照明, 高频变压器, 建筑物, 汽车, 无线

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LED 光源近十年来发展达到了新月异的程度，很快应用到汽车、建筑物、医疗、景观照明等终端市场，LED 照明变得比传统照明更加可靠及高效， 在市场上也越来越普及。但LED 的安装使用却受到输电线铺设的束缚，影响了其使用场合的灵活性；同时，由于LED 本身，驱动源的高频变压器、功率开关管等非线性器件的存在，会导致引入电网中的谐波电流增大，影响电网供电质量。而目前却少见有同时考虑降低无线供电给电网带来谐波影响的无线LED 照明等成套的系统报道。因此本文给出了一套具有谐波补偿功能的LED 无线驱动方案。该方案能在方便LED 灵活安装的同时，根据光照的采集反馈来调节LED 至合适亮度。这些对LED 的普及，提高供电安全性和可靠性，高效节约电能都将十分有益。
1 系统的总体设计

本系统主要有：无线供电模块、恒流驱动源模块、有源电力滤波器（APF）模块、控制电路，系统总体框图如图1 所示。其中，逆变装置、整流滤波2 构成无线供电模块；正激变换电路、整流滤波3 构成恒流源驱动模块。MCU 通过光电池进行光照采集对输出电流进行反馈调节以使输出稳压、恒流。APF通过主控制器输出电流来抵消由无线驱动模块注入电网的电流谐波，以改善输入端电能质量。



图1 系统整体结构图


2 系统电路设计

2.1 无线供电系统设计

无线供电系统由控制端、发射端、负载整流电路组成，分别通过电磁耦合（近距离传输方式）和电磁共振（远距离传输方式），实现无线供电，系统结构图如图2 所示。



图2 无线供电系统结构图


发射端主要由逆变器和传输通道组成。逆变器负责将直流电（DC）转化为交流电（AC）的装置，它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。近距离逆变频率为200~500 kHz，通过电磁耦合的方式传输，使用U 形松耦合铁氧体磁芯隔离实现无线供电，如图3。




图3 近距离传输



远距离逆变频率为1 MHz，通过电磁共振的方式传输,采用空心变压器耦合， 将初级和次级分别缠绕在圆筒上，作为传输介质，达到远距离电能传输，如图4 所示。



图4 远距离传输


本系统通过智能切换传输方式，达到稳定的高效传输电能。次级在初级等效电阻与距离的关系如图5，z 为阻抗，L 为距离，只有在L0 的位置等效阻抗为最小。根据此原理，当接收距离远离L0 时，阻抗增大，初级电流减小，通过霍尔电流传感器采集初级输入电流大小，判断模式的切换。



图5 次级在初级等效阻抗