大功率LED照明驱动以及智能调光的电路的研究设计.docVIP

PAGE PAGE 1 大功率LED照明驱动以及智能调光的电路的研究设计 　　【摘要】LED灯作为高效优质照明光源，能提供更环保、更节能、高效照明品质，发展前景广阔。本文通过分析LED灯结构特点、驱动要求及调光方式，分析了SMD802PWM控制器的驱动电路设计，最后阐述了大功率LED照明智能调光电路。 　　【关键词】LED照明驱动；智能调光；电路 　　LED照明使用安全可靠，环保无污染，且维护相当方便，业界专家认为此项技术将成为未来照明的主流。LED属于非线性器件，导通过后只需稍微改变一下电压就能增加很多电流，所以微小的电压反应也会极大的影响LED工作情况，如电流过大极易发热损坏。LED驱动的最佳方式是采用恒流源驱动，这样电流不会受到LED参数离散性、环境温度、电压的影响，确保电流一直处于恒定状态，可以将LED的优良特性一一表现出来。驱动电路具备较高的功率、效率因数，将较小的谐波电流注入电网，可以有效减轻电网供电质量产生的影响，而且体积小、成本低、重量轻。LED照明中不可或缺的一部分就是智能化调光部分，它是LED照明驱动器发展的趋势。 　　一、LED灯结构特点 　　LED灯主要由配光系统、散热系统、驱动电源和机械、防护结构几部分组成[1]。配光系统包括发光源（LED灯板）、均光罩（灯壳）；散热系统包括内外散热器、导热板等；驱动电源输入的是市电交流电，包括线性恒流源和高频恒流源；机械、防护结构包括散热器、绝缘套、均光罩等。LED灯壳分为多头组合式、分裂式和整体式等多种形式。 　　二、LED照明的驱动要求、特性和调光方式 　　理论上LED的照明光效为300lm/W，不过目前市场化水平仅达到了120lm/W，其导通电压大约为3.0-4.3V，以PN结为核心，当LED上加载的电压比导通电压小时，LED上基本上不会有电流通过，导通LED之后，依据正向电压指数变化规律，正向电流会产生相应的改变，即便是很小的电压也会引发极大电流变化。如导通区电压由80%的额定值变为100%，电流怎会发生相应的变化，从0%的额定值变为100%【2】。LED的相对光通量与正向电流IF之间的关系如图1所示。如图两者之间是正比关系，对LED正向电流实施控制就能够调整发光亮度。当LED以恒压源进行驱动时，小电压也能引发大电流变化，所以仅适用小功率范围，而大功率、高要求状况下均采用恒流驱动。LED的发光亮度会伴随工作时间的长短而改变，工作时间长，亮度减弱，电流增加，光效减少，因此亮度和驱动电流为饱和关系。当电流达到70%-80%之后，会转化成热能，这是最适宜的驱动电流[3]。恒压驱动及PWM调光时电流最大≤3倍最小电流，超过这个范围会降低LED使用寿命。目前市场上LED单个功率多为 　　三、LED照明的驱动电路设计 　　LED属于非线性器件，导通之后电压细微变化就会增加较大的电流，影响LED器件工作质量，甚至引发发热损坏，采用恒流源驱动是最佳驱动方式[6]。SMD802属于PWM控制器，能够组成固定开关频率的恒流LED驱动电路。IC可直接450V直流电压，电路简单，极少的外围元器件，生产成本较低，可实现90%的转换率；能满足不同负载要求，对于多个串联大功率IED同样适用；用户可设定开关频率，范围25kHz-300kHz；适用模拟调光和PWM调光，内部设有过载保护、欠压锁存保护，确保工作温度可是控制在40℃-80℃。 　　1.工作原理 　　图2表示SMD802内部结构、外围元器件电路。电压输入之后可直接到达VIN端，主要的内部结构组成部分有：7.5V线性稳压器、振荡器、电压比较器（2个）、250mV基准电压、RS触发器、消隐电路等组成；主要的外界元器件为：ROSC（确定振荡器频率）、采样电阻RCS、续流二极管D1、开关管Q1、电感L1、稳压器外接电容CDD等。如VDD电压VLO，输出为高电平，通过对外部功率峰值电流进行限制实施工作。因外部电流采样电阻串联功率MOSFET源极，所以电压消除电路会将信息反馈至CS脚，一旦CS脚电压比设定的阈值电压大，会自动结束GATE驱动信号，断开功率管。通常内部设定峰值电流阈值电压为250mV，软启动将电容（1个）连接在LD脚上，电压会依据设定的期望速率上升，保证输出电流逐渐上升。 　　2.驱动电路设计 　　SMD802应用电路如图3所示。 　　（1）设定工作频率。外部电阻ROSC基于25kHz-300kHz范围内进行振荡器工作频率设定。即：fOSC=25000/（ROSC[kΩ]+22）[kHz]。我们设定50kHz为SMD802的工作频率，可计算得出ROSC的值为470kΩ，即：ROSC=25000/fOSC[kHz]-22=478kΩ，取ROSC值470kΩ。 　　（2）电感设计。SMD802典型应用电路中，设置的纹波电流为