高效LED照明驱动及智能调光电路设计

By | 2020年7月24日

  1 引言


  跟着LED组件质量及转换效率要害技巧的打破,业界专家多以为正在将来三至五年内,LED将成为照明支流。用LED代替白炽灯或荧光灯,环保无净化,应用平安牢靠,便于保护。LED是一个非线性器件,当LED导通时,只需LED上的电压略微变年夜,电流就会添加不少。因而,即便电压发作巨大变动也会年夜年夜影响LED器件的工作,使电流过年夜乃至招致发烧损坏。恒流源驱动是最好的LED驱动形式。采纳恒流源驱动,LED下流过的电流将没有受电压以及环境温度变动,和LED参数离散性的影响,从而能放弃电流恒定,充沛施展LED的各类优异特点。2J。为了节电并减小对电网供电品质的影响,还要求其驱动电路必需具备很高的效率以及功率因数,并要求它向电网注入的谐波电流很小,且老本低、体积小、分量轻。智能化调光局部是LED照明必不成少的局部,也是LED照明驱动器的一个倒退趋向。为餍足以上要求,本计划用到了年夜功率恒流驱动芯片SMD802以及微管制器ATMEGAl6。


  2 驱动电路引见


  LED灯只能用直流供电,当用市电供电时,市电以及LED灯之间有一个AC/DC转换器,其次要组成局部为滤波及维护电路、整流器、无源PFC以及DC/DC转换器,整流电路能够由一个二极管整流桥完成,此中DC/DC转换器由年夜功率恒流驱动芯片SMD802完成。


  SMD802是一个低老本的可降压、升压、起落压的高效管制芯片,效率能够年夜于90%,特地适宜设计驱动多串LED或LED阵列。该芯片既实用于寰球通用的AC交流输出,也实用于8V一450V的直流输出。交流输出时,为进步功因数,经过由EN61000—3—2ClassC所规则的照明设施的交流谐波的限度,正在输出功率小于25W时,可很容易的正在线路中退出无源功率因数校对电路患上以完成。SMD802可餍足没有同负载(串连的任数)的要求。输入的恒流驱动电流可设定,从几十毫安到1安培,实用于多个串连的年夜功率LED使用,输入功率也达几十瓦。工作频次(开关频次)可由用户设定,频次范畴为25KHz到300KHz。可采纳模仿形式调光,也可采纳输出低频PWM旌旗灯号(50Hz~1000Hz)调光。外部有欠压锁存维护及过载维护。


  2.1 驱动器的工作原理


  正在引见驱动器的工件原理以前先引见一下SMD802芯片的引脚,驱动芯片有三种引脚封装,各引脚的性能引见以下:


  VIN:输出电压8V~450VDC。


  CS:LED灯串的电流采样输出端


  GND:芯片地


  GATE:驱动内部MOSFET的栅极


  PWM_D:低频PWM调赤脚,也是使能输出脚。外部集成100kIl的下拉电阻到地


  VDD:外部线性电源(普通是7.5V)。可以向内部线路提供高达1mA的电流。当交流输出电压正在整流靠近零交越时,一个足够年夜的储能电容用来提供能量。


  LD:线性调光器被用来扭转电流采样比拟的电流限度阈值


  Rosc:频次振荡管制器。一个电阻衔接正在此引脚与地之间用来设定PWM的频次。


  设计的驱动器电路图如图l(a)所示,电路很简略,元器件比拟少。工作原理以下:


  (1)当GATE端输入高电平常,驱动电路的电流流向如图1(a)所示。电感L1为充电状态,电感L1的电流增年夜,采样电阻Rl二真个电压增年夜,通过RC滤波接到SMD802的CS端,当采样电阻Rl二真个电压年夜于250mA(正在进行试验前,对芯片进行了丈量其值为269mV),芯片SMD802的GATE输入低电平,从而关断N沟道的MOS管。


  (2)当GATE端输入为低电平,MOS管迅速关断,驱动电路的电流流向如图1(b)所示,LED灯的电畅通流畅过电感L1以及续流二极管D1续流,使流过LED灯的电流为延续模式。C2以及R2起消弭滋扰的作用,R3以及ZDl取限幅稳压的作用,C1对LED灯侧的纹波有肯定的改善作用。



  图1 驱动电路工作状态


  2.2 参数设计


  这里次要对一些要害元器件的参数进行设计,其它的元器件能够参照SMD802的文档进行选型设计。这里用的LED灯是22W,由一排灯串连组成,电流为0.3A,电压为66V。SMD802的工作率频为150KHz。


  


  采样电阻R1的较量争论:


  


  电感LI的较量争论:


  


  Vin为整流后并思考市有电10%变动的电压,ton为开关管导通的工夫,取电感Ll为2.5mH,饱以及电流为lA。


  N沟道的MOS管选型:


  VDss=1.25 Vin=1.25X342.2 V=428V,电流为Iled的3倍以上,本计划用的MOS管为4N60(耐压600V,额外电流为4A)。续流二极管Dl的选型:参照MOS管选型,本计划用的续流二极管为MURl60(耐压600V,额外电流为lA),反向规复工夫越短越好。


  3 无源PFC


  正在负载功率小于25W时,可用无源PFC来改善电路的功率因数。本试验用的无源PFC电路为填谷电路,如图2所示。填谷电路(D二、D三、D四、C四、C5以及R4)限度工频电流的3次以及5次谐波值,可以提供极佳的功率因数校对(一般是0.9或更高),C6用来克制高频滋扰旌旗灯号。相干的参数设计为:二极管能够选用1N4007,二个电解电容能够用容值22uF,耐压250V的电解电容器,电阻R4选用10Q、I/2W功率的电阻器,电容C6能够选用容值为0.022uf、耐压400V的薄膜电容器。



  图2 无源PFC电路


  4 智能管制模块调光


  智能模块的外围是微管制器,本试验用的是ATMEGAl6单片机,AVR的性价比远高于51单片机:高速、采纳RISC指令集:主频最高达20MHz;低功耗,宽电压:3.3V一5.5V,最低全速运转功耗<300uA;IO驱动能力强:推拉电流能力均达30mA,可以直接驱动蜂鸣器、继电器等;片内资源丰富:外部中断、定时/计数器、UART、SPI、1²C、ADC、模拟比较器。单片机供电电源要求是3.3v~5.5V,因为单片机所需的供电功率很少,所以可以用一个工频变压器、整流桥和一个线性稳压电源电路实现,基本不会影响整个电路的效率。外围模块主要有人体红外感应模块和测光模块,智能控制模块组成如图3所示。



  图3 智能管制模块


  人体红外感到模块用的是CD—HW01,模块性能有:人进人其感到范畴(普通设定为3m)则输入高电平,人分开感到范畴则主动延时封闭高电平,输入低电平,完成主动开关的作用。同时能够设定白昼或光线强时没有工作。


  测光模块能够用TLS256I芯片。光强传感器TSL2561是TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程、灵敏设置装备摆设的光强度数字转换芯片,该芯片可宽泛使用于各种显示屏的监控,目的是正在多变的光照前提下,使患上显示屏提供最好的显示亮度并尽可能升高电源功耗,还能够用于街道光照管制、平安照明等泛滥场所旧1。本计划用的光强传感器是光敏电阻以及一个电阻串连形成,当光强度没有同时,光敏电阻二真个电压值没有同,光敏电阻二真个电压通过ATMEGAl6单片机的A/D转换取得一个电压值,应用的按时器是按时器∞,采纳疾速PWM模式,单片机应用外部自带的8M晶振,输入波形的频次为488Hz(因为自带晶振频次精度没有高,实际输入波形的频次与488Hz有肯定的偏差,能餍足调光的要求),经过A/D转换器取得的电压值来管制输入比拟存放器OCR0的值,从而达到管制输入的PWM波的占空比,完成调光的效用。


  5 试验数据及图形


  不退出智能管制模块时,PWM—D端以及LD、%。衔接正在一同经一个电容接地。SMD802的GATE端波形以及LED负载的电流波形如图4所示。图4的波形2是GATE真个波形,频次为147.1KHz,以及芯片实践剖析的波形分歧。图4的波形4是LED负载的电流波形,均匀电流巨细0.31A,从波形能够看出恒流成果很好。经初步测试电路的效率能达到0.9。


  退出智能管制模块时,微管制器ATMEGAl6的PB3输入到SMD802PWM—D真个旌旗灯号频为478.4Hz,正在SMD802文档中有要求对输出到PWM—D真个旌旗灯号进行隔离,以是进行了如下解决:智能管制模块的地与驱动器的地接正在一块,PB3到PWM—D之间加一个二极管,从而起到隔离的作用。占空比由光强度决议,光强度越侵占空比就越小,图5的波形4是输入到PWM—D真个波形,频次为478.4Hz,占空比为70%阁下。图5的波形2是GATE端输入波形。图5的波形3是LED的电流波形,其实电流波形是有回升以及降落二局部组成的,图5中体现的没有太明昼,均匀电流值有肯定的减小。



图5 退出调光后PWM—D端波形、GATE端波形以及LED负载的电流波形          


  6 完结语


  本驱动电路的电路构造非常简略.设计比拟不便,元器件所占的体积小。电路的效牢能达到09以上,能充沛表现LED的节能劣势。加^了智能调光管制模块,能够依照要求进行诃光,完成对LED的维护以及令人税觉上更温馨。加人了无源PFC电路.能够对驱动器的功率因数进行管制,完成功率因数年夜干0.9。然而无濂PFC有一个致命的缺陷.电路顶用到了电解电容器,因为电解电窨器的寿命绝对LED寿命比拟短,使其不克不及与LED负载婚配.以是代替电解电容器是LED倒退重要解央的难题.完成这一步的打破,能力真正完成LED节能、环保以及寿命长等劣势。


 


编纂:Cedar