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18W LED新型节能电源的设计

作者:未知

  【摘要】提出了一种LED节能驱动电源的系统设计,并给出了设计的具体步骤和实现方法。该设计的主电路为了低成本与高效率,采用的拓扑结构为BUCK电路,感应电路采样的原理为多普勒效应,研发了一款简单的面天线,通过天线来感应物体的移动,并在雷达感应电路上产生一个信号作用到主电路上使该设计的电源处于满载功率运行。当无物体移动时,此时电路处在静止状态,静止状态消耗的功率大约为2W,这样节能的效果是很显著的。因此该设计是以节能为最终目的。
  【关键词】LED驱动电源;BUCK电路;多普勒效应;雷达感应
  1.电路设计[1]
  1.1 主电路的设计
  图2.1是本设计的具体电路图。主电路采用的拓扑结构为BUCK电路,采用的控制芯片为台湾绿达GL8211(NEW1),该芯片是一款低启动电流、平均电流模式、单周期控制的高集成功率因数校正与固定切换频率的脉宽调制控制器,该芯片的开关频率为50KHz。
  图2.1 NEW1的具体电路图
  图2.2 芯片供电电路
  1.2 芯片供电电路
  图2.2是芯片供电电路,电源的输出电压经过三极管Q4,稳压管DW4,使VCC的电压达到5V,下面简单介绍一下它的原理;输入电压为80V的时候,通过R17电阻的下拉作用,此时R17与稳压管DW4形成一条通路,此时稳压管导通,导通电压为5.6V,此时三极管Q4处于放大状态(发射极正向偏置,集电极反偏)。三极管Q4的UBE大约为0.6V,因此此时发射极的电位大约为5V(5.6-0.6V)。因此不管输入电压Vout+怎么变化,VCC电压基本不变,保持在5V左右。
  1.3 雷达感应电路的设计
  图2.3 (a)雷达感应电路图 (b)天线电路
  图2.3是雷达感应电路的具体电路图,该电路采用的芯片为BIS0001和高频三极管BFS520。BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路。它的电压工作范围为2V~6V,而本电源设计恒流式,输出电压跟负载有很大关系,一般负载的正常工作电压大于6V,为了能使BISS0001能够正常工作,这里采用了7550三端稳压管。VCC输出电压经过7550,变成5V的电压给芯片供电。当1脚为高电平时,允许可重复触发,该设计1脚接的电平为高电平(5V),所以芯片处在可重复触发阶段。为了调节输出延迟时间,再RR1、RC1分别接了47kΩ和22nF。R13、C18是调节它的触发封锁时间,这样就可以通过改变电阻与电容值来改变触发延迟时间和触发封锁时间,并通过输出控制信号改变雷达灯管的点亮时间。为了能够感应到物体的移动,天线电路采用了高频三极管(BFS520,9GHz),图2.3中的A点所示的导线部分就是本设计的天线,通过A电的S形走线来感应物体的移动,感应的信号经过三极管BFS520的放大,放大的感应信号输入到BISS0001的14脚,通过BISS0001产生脉冲发生信号来调节LED电源的功率。
  2.实验数据分析
  本设计的电源输入电压为宽电压(85V- 265V),分别输入110V和输入220V的电气参数图:当输入电压为110V时,输入功率为18.4W,输出电压为70.09V,输出电流为227.09mA,输出功率为16.822,PF值为0.968,110V输入电源效率大概为91.5%;当输入电压为220V的时候,输入功率为18.8W,PF值为0.947,输出电压为70.82,输出电流为234.77mA,输出功率为17.18,这样效率大概为91.4%,因此本设计的电源效率是可行的。
  图2.1 110V待机功耗
  图2.2 220V待机功耗
  图2.1、图2.2分别是静止状态的110V输入与220V输入的电气参数图,从图3.3可以看出,静止状态的输入功率为1.83W,从图3.4可以看出,220V输入的待机功耗为1.98W,折算下来一天节约的电量大约为0.384度(以24小时计算)。此节能效果还是相当可观的。
  图2.3、图2.4分别为110V输入与220V输入的MOS管的栅极电压图。从图3.5可知:110V输入占空比为0.64,与计算值相符合(计算值为:70/110,约为0.636)。从图3.6可知:220V输入占空比为0.32,也与计算值相符合(计算值为:70/220,大约为0.318)。因此该电路驱动正常。图2.5、图2.6分别为220V输入的输出电流与输出电压纹波。从图2.5可知:输出电流曲线是一条较平滑曲线,曲线中心电压约24mV,测量电流使用的工具为十个1欧姆电阻并联,测量中心电压为24mV,那输出电流为240mA,与理论值也接近。从图中可知,此纹波电压上限为28mV(计算的纹波电流为40mA),理论上纹波为输出电流的20%(46mA),因此纹波电流达标。图2.6是输出电压纹波图,从图可知输出电压波形是一个频率为100Hz的正弦波,正弦波的中心电压为70V,峰峰值大概在20V,纹波值为10V,与理论估算值(14V)接近,为了得到更小的纹波电压值,可以将几个电容并联,电容的ESR变小,因此纹波电压就可变小。输入电压是经过整流桥变化而来,市电输入的频率为50Hz,经过整流桥以后,电压的频率变为100Hz,这也就是为什么输出电压的频率是100Hz的原因。
  3.结论
  本设计是基于节能的目的而开发的,为了使电源具有高效率与低成本,电路的主电路采用的拓扑结构是当今LED电源最流行的拓扑结构――BUCK电路。本款电源工作一段时间以后温度非常低,这能保证电源的高寿命。因此,该设计达到了节能的目的,并且成本很低。
  参考文献
  [1]刘祥吉,刘潮浮,半导体照明产业发展前景与思考[A].《节能照明控制与LED技术学术论坛》论文集[C].中国河南郑州,2010:145-146-147.
论文来源:《电子世界》 2014年2期
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