近年來(lái)，世界經(jīng)濟形勢和能源發(fā)展格局發(fā)生了較大變化，各國都關(guān)心著(zhù)能源問(wèn)題，擔心常規能源的大量使用會(huì )威脅到人類(lèi)的生存環(huán)境。為貫徹可持續發(fā)展，許多國家在新能源的開(kāi)發(fā)利用上投入了大量的人力物力，21世紀將進(jìn)入以L(fǎng)ED為代表的新照明時(shí)代。由于在不同地域條件下，太陽(yáng)能和風(fēng)力資源分布各不相同。為取得最大的風(fēng)光利用率，采用了風(fēng)光互補系統，實(shí)現由風(fēng)光互補發(fā)電作為L(cháng)ED驅動(dòng)電路的輸入。

 

目前驅動(dòng)電路的性能多數均不穩定，LED驅動(dòng)電源仍存在轉換效率差、功率因數低、輸出電流穩定性不好、壽命不能與LED相匹配等問(wèn)題，已成為制約LED照明裝置進(jìn)一步推廣應用的瓶頸。本文設計基于LF—F301的LED驅動(dòng)電路改善了這些不足，其是基于風(fēng)光互補發(fā)電系統改進(jìn)而成的，在整個(gè)系統中，風(fēng)力發(fā)電機和光伏系統所產(chǎn)生的電能提供給LED路燈使用，不足部分由工頻電網(wǎng)提供，電路與工頻電網(wǎng)長(cháng)期相連，并通過(guò)優(yōu)化開(kāi)關(guān)組合的方式，使其能夠應用在更多的場(chǎng)合。

 

 

1.1 LED驅動(dòng)條件

 

LED節能燈的快速發(fā)展，使得LED驅動(dòng)電路的設計更加嚴格，整個(gè)電路不僅要安全低功耗，還應該具有恒流特性，即電源電壓變動(dòng)幅度<15%時(shí)，輸出電流的變化幅度不超過(guò)10%，這樣才能保證LED驅動(dòng)電路較高的能量利用效率。

 

1.2 驅動(dòng)電路特點(diǎn)

 

此驅動(dòng)電路使用恒流電源驅動(dòng)方法，專(zhuān)為T(mén)10 LED燈設計，不僅可應用在鬧市區，工業(yè)園區和大學(xué)校園，也可應用在孤島，鄉村等偏遠地區，市場(chǎng)應用前景廣闊。同時(shí)整個(gè)電路采用了特殊的開(kāi)關(guān)控制方式，使其具有高效率，節能環(huán)保等方面的優(yōu)勢。經(jīng)過(guò)研究和物理電路測量，驅動(dòng)電路具有以下特點(diǎn)：工作頻率50～60 Hz;功率24 W;寬輸入電壓AC 110～265 V/50～60 Hz;輸出電流0.24A;輸出電壓：36 V≤Uout≤0.6 Uin;體積為175 mm×18 mm×11 mm;直流50 V～80V。這些參數確保了LED驅動(dòng)電路使用時(shí)安全穩定，使其具有恒流精度高，電磁兼容性較好的特征。

 

1.3 驅動(dòng)電路電路設計

 

驅動(dòng)電路原理圖如圖1所示，通過(guò)橋式整流器，電流直接被送到LED負載的正極，然后通過(guò)負極，經(jīng)由變壓器到達晶體管Q1，最后又通過(guò)橋式整流器，這就是該負載電路電流的主要回路。當沒(méi)有負載時(shí)，R17就充當保護電路的負載，保證電路不會(huì )短路。C1在這里起到濾波以及平衡負載兩端電壓的作用。D1為蓄流二極管，保證變壓器正常工作。電路圖的下半部分，是由兩個(gè)芯片和Q1組成的反饋調節電路。Q1能根據U1的變化情況，向變壓器發(fā)出高頻電流。當負載電流過(guò)載時(shí)，電流會(huì )通過(guò)R7和R8到達U2，使得U2右邊的二極管發(fā)熱，導致U2左邊的電壓降低，同時(shí)反饋到U1，U1通過(guò)調節電壓和頻率控制電路，從而使系統電路輸出恒定電流。

 

圖1：LED驅動(dòng)電路設計圖

 

 

2.1 工作模塊

 

如圖2所示，此電路通過(guò)變壓器輸出適當的電流，當有LED負載時(shí)，電路中通入適當的電流和頻率使LED正常工作;當沒(méi)有負載時(shí)，變壓器中仍然殘留有能量，需要釋放。此時(shí)由R17等構成的回路，可以慢慢地釋放變壓器中的電能。但當電流突然減小時(shí)，變壓器中會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢，由此會(huì )產(chǎn)生較高的反向電壓，可能會(huì )擊穿器件。為了克服這個(gè)問(wèn)題，在線(xiàn)圈的兩端并聯(lián)一個(gè)續流二極管D1，同時(shí)在電路輸出端串聯(lián)R15，并且在R15兩端并聯(lián)R2，R3，R4，R6。R15有降壓作用，并且能為反饋電路提供電壓。由于R15承受的功率較大，容易燒壞，所以預備一個(gè)由R2，R3，R4和R6的并聯(lián)等效電阻，這樣每個(gè)電阻承受的功率變小，在增加使用壽命的同時(shí)，能夠減少維修費用。

 

圖2：工作模塊

 

2.2 采樣模塊

 

如圖3所示，采樣電流經(jīng)過(guò)傳感器U2將電流信號轉換成電壓信號，并輸出到芯片U1的2號引腳。

 

圖3：取樣模塊

 

2.3 控制模塊

 

如圖4所示，電路通過(guò)T1、D7獲取穩定的22 V電壓，供給芯片工作，芯片通過(guò)2號引腳進(jìn)行取樣輸入，C4對電路的頻率和電壓進(jìn)行控制。

 

圖4：控制模塊

 

 

合理的蓄電池充放電，不僅可以延長(cháng)蓄電池壽命，且能提升整個(gè)電路系統的穩定性。因此需要設計保護電路，以保證蓄電池能在一定的電壓范圍內進(jìn)行充放電。本項目使用3級級聯(lián)的12 V鉛酸蓄電池。由于過(guò)充電路與過(guò)放電路有相似性，本文只給出蓄電池的過(guò)放電路，如圖5所示。電源電壓正常時(shí)，調節電位器RP1使放大器的同相輸入端的電位略高于反相輸入端的電位，此時(shí)放大器輸出低電平，VT截止，電路正常工作。當電源電壓<10.5 V時(shí)，反相輸入端的電位大于同相輸入端的電位，放大器會(huì )輸出高電平，調節RP2，使VT導通，此時(shí)負載與電源斷開(kāi)。

 

圖5：蓄電池保護電路

 

 

光控開(kāi)關(guān)的基本原理是光敏效應，當光照達到一定值時(shí)，開(kāi)關(guān)開(kāi)通，否則自動(dòng)關(guān)斷。時(shí)控開(kāi)關(guān)按設定的時(shí)間開(kāi)啟或關(guān)斷電路。然而在燈光控制領(lǐng)域應用光控開(kāi)關(guān)時(shí)，即使感光頭放在較為合適的位置，在早晨和傍晚采集到的光照強度也是不穩定的。若把光控開(kāi)關(guān)和時(shí)控開(kāi)關(guān)的輸出端串聯(lián)在一起，光傳感器測得外界環(huán)境的光照強度，定時(shí)器給出所需設定的時(shí)間范圍，便能更好地控制電路的關(guān)斷，不僅節約電能，還延長(cháng)了LED燈的使用壽命。

 

4.1 光控模塊

 

其由光電轉換模塊和光敏電阻組成。光電轉換由比較器來(lái)實(shí)現。當光敏探頭感應的光照強度不強時(shí)，比較器會(huì )輸出高電位，否則輸出低電位。具體電路如圖6所示。R1分擔電路電壓，依照外界環(huán)境條件，選擇適當的電阻R2，控制比較器中正相輸入的電壓值，使其作為比較器工作的參考電壓;R3起到保護光敏電阻以及分壓的作用。光敏電阻的阻值隨著(zhù)外界光強的變化而變化，這樣就可將光信號變換成電壓信號，以此作為信號電壓連接到比較器的反相輸入端。比較兩個(gè)輸入端的電壓大小。若信號電壓較小，比較器輸出高電平，否則比較器輸出低電平。從而實(shí)現在明亮條件下輸出低電平，在黑暗條件下輸出高電平的設計要求。

 

圖6：光控模塊

 

4.2 時(shí)控模塊

 

時(shí)控模塊以定時(shí)器為基礎。當光控模塊輸出高電平時(shí)，時(shí)控模塊進(jìn)入工作狀態(tài)，分為3個(gè)階段：

 

(1)光強慢慢減弱，控制LED燈實(shí)現半光照明。

(2)車(chē)流高峰時(shí)段，控制LED燈實(shí)行全光照明。

(3)進(jìn)入下半夜，控制LED燈采用半光照明。

 

 

風(fēng)光互補電路驅動(dòng)LED發(fā)展迅速，而且使用環(huán)境廣闊。本文闡述了驅動(dòng)電路的應用意義以及前景，分析了驅動(dòng)電路的技術(shù)要求，設計了LED電源驅動(dòng)電路。根據驅動(dòng)電路要求，改進(jìn)電路開(kāi)關(guān)的同時(shí)，設計了蓄電池充放電保護電路，提高了整個(gè)電路的工作效率，實(shí)現了節能環(huán)保的目的。