大功率區(qū)域照明LED驅(qū)動(dòng)電源方案

　　1 前言

　　在各種能源消耗中，據(jù)統(tǒng)計(jì)在照明領(lǐng)域電能的消耗占總電能消耗20%，因此提高照明的能源使用效率、降低其能源消耗具有十分重要的意義。采用高能效的LED 照明正在成為目前主要的發(fā)展方向。

　　從目前的照明領(lǐng)域現(xiàn)狀來(lái)看，應(yīng)用于大功率區(qū)域照明的現(xiàn)有光源（如金屬鹵素?zé)?、高壓鈉燈、線性熒光燈及緊湊型熒光燈）存在著不少局限，如高壓鈉燈的顯色性差，金屬鹵素?zé)舻牡湫蜔艟邠p耗較高（40%）且其從啟動(dòng)到發(fā)光至完整亮度經(jīng)歷的時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)10 分鐘，線性熒光燈的冷溫度性能差，緊湊型熒光燈的啟動(dòng)速度也較慢。

　　LED 具有傳統(tǒng)光源不具備的優(yōu)勢(shì)，例如發(fā)出每流明光所消耗的電能更少、方向控制性更好、色彩質(zhì)量更佳、環(huán)保，并且其開(kāi)啟和關(guān)閉能夠更方便地控制，便于自動(dòng)檢測(cè)環(huán)境光從而改變亮度；隨著高亮度的（LED）成本下降和性能的提高，在大功率區(qū)域照明方面，越來(lái)越多地用LED 取代金屬鹵素?zé)?、高壓鈉燈，此外，LED 的可靠性也更好，利于降低維護(hù)成本及總體擁有成本。

　　2 大功率區(qū)域照明對(duì)LED 驅(qū)動(dòng)電源的要求

　?。?）高可靠性。

　　能適應(yīng)惡劣的環(huán)境的要求， 特別像LED 路燈的驅(qū)動(dòng)電源，因?yàn)榘惭b在高空，維修不方便。

　?。?）高效率。

　　LED 是節(jié)能產(chǎn)品，驅(qū)動(dòng)電源的效率要高。電源的效率高，它的耗損功率小，在燈具內(nèi)發(fā)熱量就小，也就降低了燈具的溫升。

　　延長(zhǎng)了LED 燈具的使用壽命。

　　（3）高功率因數(shù)。

　　對(duì)于大功率區(qū)域照明對(duì)LED 驅(qū)動(dòng)電源，如果功率因數(shù)低，會(huì)對(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生較嚴(yán)重的污染。

　?。?）驅(qū)動(dòng)方式。

　　現(xiàn)在通行的有兩種：其一是一個(gè)恒壓源供多個(gè)恒流源，每個(gè)恒流源單獨(dú)給每路LED 供電。另一種是直接恒流供電，LED串聯(lián)或并聯(lián)運(yùn)行。多路恒流輸出供電方式是大功率區(qū)域照明LED 驅(qū)動(dòng)電源發(fā)展方向。

　　（5）浪涌保護(hù)。

　　由于LED 元件抗浪涌電流的能力比較差， LED 驅(qū)動(dòng)控制電源必須采取抑制浪涌電流的措施。

　　3 大功率區(qū)域照明LED 驅(qū)動(dòng)電源方案

　　在大功率LED 區(qū)域照明應(yīng)用中，常見(jiàn)的是用市電交流220V 作輸入電源，通采用工頻變壓器降壓，其缺點(diǎn)是體積大，輸出電流穩(wěn)定性差，效率低。因此設(shè)計(jì)研究體積小、輸出電流穩(wěn)定、效率高、可靠性高的LED 驅(qū)動(dòng)電源，具有很大的實(shí)際意義。

　　本文提出了基于BUK 變換器的恒流源LED 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)方案，如圖1 所示。

　　圖1 大功率區(qū)域照明LED 驅(qū)動(dòng)電路原理圖

　　3.1 AC/DC 開(kāi)關(guān)電源（36V/240W）原理

　?。?）PWM整流電路原理。

　　傳統(tǒng)的晶閘管相控整流輸入電流滯后于電壓，滯后角隨著a的增大而增大，位移因數(shù)隨之降低，輸入電流中諧波分量大，功率因數(shù)很低。二極管整流雖位移因數(shù)接近1，但輸入電流中諧波分量很大，所以功率因數(shù)也很低。因此AC/DC 整流降壓采用PWM整流電路， 其工作原理如圖2 所示，在整流運(yùn)行狀態(tài)下， 當(dāng)外加電壓》 0 時(shí)，由V2、D4、D1、L 和V3、D1、D4、L 分別組成兩個(gè)升壓斬波電路。當(dāng)V2 導(dǎo)通時(shí)，外部電源通過(guò)V2、D4 向L 儲(chǔ)能，當(dāng)外加電壓《 0 時(shí)，由V1、D3、D2、L 和V4、D2、D3、L 分別組成兩個(gè)升壓斬波電路，工作原理和外加電壓》 0 時(shí)類似；當(dāng)V2 關(guān)斷時(shí)，L 中儲(chǔ)存的能量通過(guò)D1、D4 向直流側(cè)C 充電。由于的L 濾波作用，諧波電壓只使輸出電流產(chǎn)生很小的脈動(dòng)。

　　圖2 PWM 整流電路原理圖　?。?）PWM整流電路的控制方法。

　　PWM整流電路的控制方法是通過(guò)運(yùn)算求出直流輸入電壓指令值，再引入直流電壓反饋，通過(guò)對(duì)直流電流的控制而使其跟蹤指令電流值。其原理如圖3 所示。

　　圖3 電流控制電路原理圖。

　　控制系統(tǒng)的閉環(huán)是整流器直流側(cè)電壓控制環(huán)，直流電壓給定信號(hào)和實(shí)際直流電壓Ud 比較后送入PI 調(diào)節(jié)器，PI 調(diào)節(jié)器的輸出為一直流電流信號(hào)Id，Id 的大小和整流器交流輸入電流幅值成正比。當(dāng)負(fù)載電流增大時(shí)，C 放電而使其Ud 下降，PI調(diào)節(jié)器的輸入端出現(xiàn)正偏差，使其輸出Id 增大，使整流器交流輸入電流增大，也使Ud 回升。 負(fù)載電流減小時(shí)，調(diào)節(jié)過(guò)程和上述過(guò)程相反。

　　3.2 SLM2842 恒流驅(qū)動(dòng)原理

　　大功率區(qū)域照明一般采用交流市電供電，故采用比較高的輸出電壓（36V 以上）以提高效率，故采用降壓型恒流源。采用大功率降壓SLM2842J 的實(shí)際電路，輸出電壓為36V，輸出功率可達(dá)60W，最高效率可達(dá)98%.其原理如圖4 所示。

　　圖4 SLM2842 恒流驅(qū)動(dòng)電路原理圖。