大功率區(qū)域照明LED驅動電源方案
1 前言
本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/228144.htm在各種能源消耗中,據(jù)統(tǒng)計在照明領域電能的消耗占總電能消耗20%,因此提高照明的能源使用效率、降低其能源消耗具有十分重要的意義。采用高能效的LED 照明正在成為目前主要的發(fā)展方向。
從目前的照明領域現(xiàn)狀來看,應用于大功率區(qū)域照明的現(xiàn)有光源(如金屬鹵素燈、高壓鈉燈、線性熒光燈及緊湊型熒光燈)存在著不少局限,如高壓鈉燈的顯色性差,金屬鹵素燈的典型燈具損耗較高(40%)且其從啟動到發(fā)光至完整亮度經(jīng)歷的時間可能長達10 分鐘,線性熒光燈的冷溫度性能差,緊湊型熒光燈的啟動速度也較慢。
LED 具有傳統(tǒng)光源不具備的優(yōu)勢,例如發(fā)出每流明光所消耗的電能更少、方向控制性更好、色彩質量更佳、環(huán)保,并且其開啟和關閉能夠更方便地控制,便于自動檢測環(huán)境光從而改變亮度;隨著高亮度的(LED)成本下降和性能的提高,在大功率區(qū)域照明方面,越來越多地用LED 取代金屬鹵素燈、高壓鈉燈,此外,LED 的可靠性也更好,利于降低維護成本及總體擁有成本。
?。?)高可靠性。
能適應惡劣的環(huán)境的要求, 特別像LED 路燈的驅動電源,因為安裝在高空,維修不方便。
?。?)高效率。
LED 是節(jié)能產(chǎn)品,驅動電源的效率要高。電源的效率高,它的耗損功率小,在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小,也就降低了燈具的溫升。
延長了LED 燈具的使用壽命。
?。?)高功率因數(shù)。
對于大功率區(qū)域照明對LED 驅動電源,如果功率因數(shù)低,會對電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴重的污染。
?。?)驅動方式。
現(xiàn)在通行的有兩種:其一是一個恒壓源供多個恒流源,每個恒流源單獨給每路LED 供電。另一種是直接恒流供電,LED串聯(lián)或并聯(lián)運行。多路恒流輸出供電方式是大功率區(qū)域照明LED 驅動電源發(fā)展方向。
?。?)浪涌保護。
由于LED 元件抗浪涌電流的能力比較差, LED 驅動控制電源必須采取抑制浪涌電流的措施。
3 大功率區(qū)域照明LED 驅動電源方案
在大功率LED 區(qū)域照明應用中,常見的是用市電交流220V 作輸入電源,通采用工頻變壓器降壓,其缺點是體積大,輸出電流穩(wěn)定性差,效率低。因此設計研究體積小、輸出電流穩(wěn)定、效率高、可靠性高的LED 驅動電源,具有很大的實際意義。
本文提出了基于BUK 變換器的恒流源LED 驅動電路設計方案,如圖1 所示。
圖1 大功率區(qū)域照明LED 驅動電路原理圖
3.1 AC/DC 開關電源(36V/240W)原理
?。?)PWM整流電路原理。
傳統(tǒng)的晶閘管相控整流輸入電流滯后于電壓,滯后角隨著a的增大而增大,位移因數(shù)隨之降低,輸入電流中諧波分量大,功率因數(shù)很低。二極管整流雖位移因數(shù)接近1,但輸入電流中諧波分量很大,所以功率因數(shù)也很低。因此AC/DC 整流降壓采用PWM整流電路, 其工作原理如圖2 所示,在整流運行狀態(tài)下, 當外加電壓》 0 時,由V2、D4、D1、L 和V3、D1、D4、L 分別組成兩個升壓斬波電路。當V2 導通時,外部電源通過V2、D4 向L 儲能,當外加電壓《 0 時,由V1、D3、D2、L 和V4、D2、D3、L 分別組成兩個升壓斬波電路,工作原理和外加電壓》 0 時類似;當V2 關斷時,L 中儲存的能量通過D1、D4 向直流側C 充電。由于的L 濾波作用,諧波電壓只使輸出電流產(chǎn)生很小的脈動。
圖2 PWM 整流電路原理圖 ?。?)PWM整流電路的控制方法。
PWM整流電路的控制方法是通過運算求出直流輸入電壓指令值,再引入直流電壓反饋,通過對直流電流的控制而使其跟蹤指令電流值。其原理如圖3 所示。
圖3 電流控制電路原理圖。
控制系統(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側電壓控制環(huán),直流電壓給定信號和實際直流電壓Ud 比較后送入PI 調節(jié)器,PI 調節(jié)器的輸出為一直流電流信號Id,Id 的大小和整流器交流輸入電流幅值成正比。當負載電流增大時,C 放電而使其Ud 下降,PI調節(jié)器的輸入端出現(xiàn)正偏差,使其輸出Id 增大,使整流器交流輸入電流增大,也使Ud 回升。 負載電流減小時,調節(jié)過程和上述過程相反。
3.2 SLM2842 恒流驅動原理
大功率區(qū)域照明一般采用交流市電供電,故采用比較高的輸出電壓(36V 以上)以提高效率,故采用降壓型恒流源。采用大功率降壓SLM2842J 的實際電路,輸出電壓為36V,輸出功率可達60W,最高效率可達98%.其原理如圖4 所示。
圖4 SLM2842 恒流驅動電路原理圖。
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