电容降压式LED景观照明灯驱动方案

2013-09-08 09:50:20来源: 互联网

0 引言

  在国内外倡导绿色环保及节能的背景下,伴随着近年来LED光效、寿命及光色上的明显进步,半导体发光二极管(LED)因具有节能、寿命长、驱动简单、灯色种类多等优点已广泛应用于景观照明、数字化交通信息显示、疏导标识、室外全彩显示屏及照度要求不高的室内外照明等领域。

  针对LED在城市亮化中的应用现状,笔者利用电力电子整流与恒流技术设计制作了一款LED景观照明灯,它具有成本低、工作可靠、寿命长、控制简单等特点,并可根据实际需求进行功能扩展。

  1 小功率LED驱动方案

  目前小功率LED产品广泛采用两种驱动电路形式,即恒流驱动和稳压驱动。前者电路输出的电流是恒定的,输出电压随负载的变化而变化;后者输出电压是固定的,输出电流随负载(LED数目)的增减而变化。根据电源输入与输出电路形式也可分为隔离驱动和非隔离驱动,前者以开关电源为代表,而后者主要包括电容降压式和恒流/恒压IC.其相关性能、功耗、成本以及主要应用如表1所示。

  表1小功率LED驱动方案比较

  表1小功率LED驱动方案比较

2 LED景观照明灯电路设计

  LED景观照明灯就是实现RGBLED的交替点亮以及渐变控制,电路设计如图1所示。该电路采用3181集成芯片作为控制器,其相关功能及引脚参看文献[4],共控制36只小功率LED,采用RGB三基色LED各12只,驱动方案采用电容降压式。

  其中,C1、C5为并联的两个相同的电容,起降压及限流作用;由4个lN4007组成的整流桥对输入交流电压进行整流;滤波电容C4用于滤除整流输出电压中的交流成分,使电压更为平滑;肖特基二极管VD5稳定a点的电压;VD6为控制IC提供稳定的电压;R3、R4为限流电阻;R2、C2为控制IC提供交流输入频率,为集成IC提供交流采样频率;三极管VT1、VT2、VT3用于控制LED支路的电流变化。

  

  图1 LED景观照明灯电路

  2.1 降压电容值的选择

  通过降压电容C1、C5(后文中用C表示)向负载提供的电流I0,实际上就是流过充放电电流lc.当负载电流,I0小于c的充放电电流时,多的电流就会流过滤波电容C4及其他支路。

  

  式中Ui--输入交流电压有效值。

  f--AC频率。

  对于负载所消耗的60 mA的电流I0至少需要降压电容值为0.87uF,因图l中增加高压稳压二极管降压,而二极管工作时也需要消耗较大的电流,另外为保证电容C可靠工作,其耐压选择应大于2倍的电源电压,因此应选择两个684/630 V电容并联工作。

  2.2整流及滤波电路

  根据文献[7],整流桥上单个二极管所承受的电压最大值URM= √2Ui(Ui为输入电压的有效值)=318.4 V,因此选用常用的整流二极管lN4007(URM=l000 V,IF=1 A)。

  为使输出端得到平滑的负载电压,一般取RLC≥(3~5)T/2,其中RL为负载阻抗,T为输入信号周期(0.02 s),可得C≥24.38 uF.

  原则上,电容值取的越大,输出电压越平滑,其纹波值越小。但是随着电容容量的增大,一般其体积也随之增大,考虑到该电路板面积,实取47 uF/160 V的电解电容。

  2.3系统电源电路设计

  因电路中需要两组电压,一组用于驱动三串LED,一组为集成IC提供工作电源(5 V)。VD5的稳压值直接与所驱动单串LED的个数有关,前文中要求驱动单串12只LED,并在此假定红光LED正向压降的Uf为2 V,而绿光、蓝光为3.2 V进行计算。图l中a点电压Ua为ΣU+UR,其中ΣU为38.4 V,UR为平衡电阻上的压降。因此,稳压二极管VD5的稳压值应大于38.4 V.考虑到电压裕量及元件获得的成本和方便性,VD5选用50 V/l W的高压稳压二极管,VD6选用5.1 V/0.5 W稳压二极管。并根据文献[1]选择可限流电阻R3为62Ω/2 W,见、R5分别为4.7 kΩ和22 kΩ。

  为使各色LED亮度一致,需要在各个LED串上串接平衡电阻,其中与蓝、绿LED串接的平衡电阻R14、R12值为UR/I,(其中UR=11.6V;I为流过支路LED的电流,取为20 mA),则R=580 Ω,实取平衡电阻R14=R12=680Ω,同理取R9=1.4 kΩ。

2.4系统电路成本估算

  为进一步阐明该电路成本上的优势,笔者依据元件供应商的价格报表,将电路中主要元件类型及价格列于表2.

  表2 LED景观灯驱动电路成本估算。

  

  从表2中可见,制作整个电源所需成本约5.3元;而如果采用其他方案,仅小功率开关电源价格为7~15元。

  3 试验与测试

  以LED地埋灯(一种景观照明灯饰)为例进行实验,将上述电路焊接在单面的万用焊接板上进行测试。连接全部电路,36颗LED灯珠插装焊接在直径112 mm的圆盘灯板上,驱动电路贴底安装在地埋灯底端,并在所有缝隙处填上环氧灌封胶(防水、防潮)。接通AC电源,各色LED串按事先设定进行颜色的交替变化,盖上塑料封盖,可看到由RGB三基色合成的七彩颜色变化,基本满足设计需求。

  采用湖州升谱SPL2000电光源光色电综合分析系统对电路的相关参数进行了测试,结果如下:

  输入电压UAC为220 V时,总电流为53 mA,电路实耗功率为1.4 w,功率因数为0.385.

  为进一步验证电路工作可靠性,笔者对该产品做了l000h的电老化试验,结果表明该电路能稳定、可靠地为LED提供驱动。

  4 结语

  目前,半导体发光二极管(LED)虽然在常规照明技术上有许多问题亟待解决,如亮度不高,散热问题凸显,白光寿命较低等,但在对亮度要求不高的景观照明中已经获得广泛应用。

  本文设计制作了城市亮化中用于景观照明的LED驱动电路,经长期的电老化试验证实,该电路结构简单、工作可靠、成本低廉,特别适合于目前LED灯珠占据总成本较大比重的背景下的低端市场应用。也可根据实际需求调整每串LED灯珠数,适用性较广。每串LED灯珠数可以通过改变高压稳压管稳压值在一定范围内任意调整,也可以不用稳压管稳压,而采用功率电阻代替法使LED灯串与集成电路不共地,但同时需在PCB板设计前期考虑实物电路的灵活性和可扩展性。

关键字:电容  降压式  LED  景观照明  驱动

编辑:神话 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/2013/0908/article_19147.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部
电容
降压式
LED
景观照明
驱动

小广播

独家专题更多

TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
TTI携TE传感器样片与你相见,一起传感未来
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
富士通铁电随机存储器FRAM主题展馆
馆内包含了 纵览FRAM、独立FRAM存储器专区、FRAM内置LSI专区三大部分内容。 
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
走,跟Molex一起去看《中国电子消费品趋势》!
 
电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved