LED驱动电源组合调光策略与实现

Allevi

LED驱动电源组合调光策略与实现驱动

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。
9 m6 h% n2 c& S8 h9 g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。
# W$ T) f) U% A3 z
1 Flyback 驱动电路分析
( n7 `4 V1 z( f8 p" X& `
0 ]/ V1 k: r1 J+ w/ Q+ K) z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。
! D* y) |2 {7 l


  O. g9 ], L( q9 t5 E) ?
7 m" j( C. O9 Q( n8 o/ I  j+ {8 J0 c图1 Flyback 恒流驱动电路

+ y0 x/ s# J& U& t
8 d: M- y3 k/ l* R) a3 ?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
, C6 V5 t+ C8 u9 |
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。
* J* r# C$ [5 y' `/ `

, q0 J7 P1 a4 S! \
图8 当Uin=48 V，Io=0.45 A恒流输出时输出电流及其纹波
2 j; {* A7 h8 ?0 h' s- C! l9 |
; V/ a% x% t1 U8 \7 U


# G9 d9 B# V+ B8 Z, F% Q& \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

' e, Y# g. S$ ~& _; ?" s  {: z
. K  J5 Z& T$ n: E
1 ?+ k8 z1 |3 h9 y' _6 G% n
4 A; |. V0 v, D7 c& x: x1 k
7 X7 n/ m+ n5 {图11 三种调光方式的效率对比曲线
- `& M5 a' N- w


# h' |( u$ l8 {. p2 ?4 结论

6 b7 v/ G4 j5 r- l, J6 C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。
* @: N- I5 T  e2 u- w! u
) ?- M" ^  B0 j5 m% j

yxlk

谢谢分享