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LED路灯驱动及智能调光系统设计

  LED的理论光效为300lm /W.目前实验室水平达260lm /W,市场化水平在120lm /W 以上。高亮度LED 的一般导通电压约为3. 0 ~ 4. 3V,但其核心仍是PN 结,其伏安特性与普通二极管相同。当加在LED 上电压小于其导通电压时,LED 上几乎没有电流通过。但当LED 导通后,其正向电流随正向电压按指数规律变化,很小的电压波动就会引起很大的电流变化。在导通区电压从额定值的80% 上升到100% ,电流则从其额定值的0% 上升到100%.
  LED被认为是绿色的第四代光源,是一种固体冷光源,具有高效、寿命长、安全环保、体积小、响应速度快等诸多优点, 目前已经在城市景观装、交通信号与商业广告上广泛应用。近年来随着制造工艺的不断发展, 大功率高亮度LED 性能不断提升,价格不断下降, 目前达到同样的明明效果,LED 的耗电量大约是白炽灯的1 /10,荧光灯的1 /2[2].这些都使得其开始应用于一般照明中, 而且很有发展前景,大有取代白炽灯和荧光灯这些传统光源的趋势,世博会上LED 灯的应用可以说代表着这个方向。LED 调光可以节能,高亮度白光LED 的驱动和调光是近年来研究的热点,本文在这方面进行了些研究, 并设计了一款带有功率因数校正的LED 路灯驱动和智能调光系统。
      从LED 的驱动供电可将其驱动分为AC /DC 型和DC /DC 型,而LED 要求直流供电,AC 供电时要把交流转化成直流后再驱动LED,所以我们只要研究DC /DC 型即可。DC /DC 型的LED 的驱动方式可分为电阻限流型,线性稳压电源型,电容电荷泵电路和电感开关变换电路。电阻限流将电阻和LED 串连,通过电阻的分压限流和驱动LED 灯,这种方式控制精度不能保证,同时有大量电功率浪费在电阻上,只在要求不高的低压场合下使用。线性稳压电源精度比电阻限流型高一些,但同样存在效率低的问题,实际中用的也不多。实际中用得多的是电荷泵电路和电感式开关变换电路。
  电荷泵电路利用电容对电荷的累积效应储存电能,把电容作用能量耦合元件,通过控制电力电子器件高频的开关进行切换,在时钟周期的一部分时间内让电容储能,在时钟周期的剩余时间内电容释放能量。这种方式是通过电容的充电和放电时的不同连接方式得到不同的显示电压。电感式开关变换电路又称为开关电源,是通过控制功率开关管导通与关断的时间关系来改变显示电压的,电感和电容一般作为滤波元件,使显示稳定。相比较而言电荷泵型使用元件少,成本低,体积小,但其使用的开关元件多,效率相对低些,显示电压在输入电压的1 /3 ~ 3 倍这个变化范围,显示功率较小,所以其多用在小功率场合下; 而开关电源开关元件相对较少,效率高,可实现大范围的电压显示,且显示电压连续可调,显示功率大,因此适用范围更广,特别在中大功率场合下是。开关电源的拓扑很多,LED 驱动电路中用得多的有Boost 电路,Buck-Boost及Buck 电路。

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