交流市电供电的大功率LED节能灯.doc
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1、交流市电供电的大功率LED节能灯一、 应用前景LED发光二极管是一种高效固体发光器件,随着半导体制造技术的发展,LED已从早期的工作电流不过20mA,仅用于指示、显示等低亮度发光场合的小功率LED,发展到现在的工作电流超安培,功率达110W的大功率白光LED,使之将其用于高亮度照明的普通发光领域成为可能。LED相比传统照明的白炽灯、荧光灯、金卤灯等具有高效率、长寿命的显著优点。白光LED的光效一般为40120ml/W,预计在未来几年内可达200 ml/W以上,是白炽灯(815 ml/W)的38倍,荧光灯(3060 ml/W)的12倍。更为可贵的是白光LED的发光光谱几乎全部集中在可见光范围,而
2、白炽灯在红外、荧光灯在紫外范围还造成了大量的能量(非可见光)损失,白光LED在可见光范围的实际发光效率是白炽灯和荧光灯的38倍以上,实际节能效果非常显著。将LED发光二极管用于照明是节能减排的一个重要研究方向,目前,国际国内均在其实用化研究方面投入了大量的人力物力。LED应用于照明在国外研究、应用较早,发展较快。但我国的一些城市也开始了大规模应用的尝试,2008年奥运会,水立方照明工程就采用了LED照明方案,比普通照明节电60%以上;山东潍坊已安装LED路灯11000余盏,在保证路面照度相同(甚至更优)的前提下,实测比高压钠灯节电69%,比金卤灯节电70%,每天节电超过2.4万度。据测算,如果
3、美国55%的白炽灯、荧光灯用LED照明替代,每年可节约电费350亿美元,减排二氧化碳7.55亿吨;日本计划在5年内全国公共场所50%的传统灯具用LED照明替代,每年可减少60亿公升的原油消耗,相当于5座1.35*106kW核电站的发电量。我国也非常重视LED的照明应用,目前已确定深圳、上海、南昌、厦门和大连5个国家级半导体照明工程基地,上海世博会也确定以绿色节能为主题,世界照明行业知名公司欧司朗、飞利浦、西门子和HP等都争先与之合作,以促进LED在照明方面的应用。今年,科技部批准了全国16个省市的21个城市为“十城万盏”半导体照明应用工程试点城市。这项工程的目标是到2011年,在试点城市市政工
4、程推广应用600万盏半导体照明产品,直接拉动内需150亿元;到2015年,半导体照明进入30%的通用照明市场。可以肯定,在未来的若干年间LED在照明领域的研究和应用是一个绝对的热门研究方向,应用前景十分广阔。二、 电路原理1、 大功率LED伏安特性1.从伏安特性上可以看出,电源电压的10%的变化(3.4V-3.1V),就会引起正向电流的3.5倍的变化(从350mA变到100mA)。2.温度系数通常是-2mV/度(-1.52.5mV/C),也就是随着温度的升高,其伏安特性左移,假如所加的电压为恒定,那么显然电流会增加。而LED本身的效率很低,温升很高,加电以后,假如散热不好,其温度很容易上升到八
5、、九十度以上。假定采用3.3V恒压源常温下工作在20mA,而温度升高到85度时,电流就会增加到35-37mA,而其亮度并不增加。电流增加只会使它的温升更高,这样就会增加光衰,降低寿命。3.任何市电供电的系统里,都需要一个AC/DC的开关电源。一般有两种供电方法,一种是在开关电源里加上恒流反馈控制电路,保证输出电流恒定。但是这种方法大多只能单路大电流输出,而且恒流的精度不高。还有一种是,前面采用恒压电源,后面加很多路恒流模块,这种方案灵活性很高,恒流精度也高。2、 驱动电路结构及原理图示电路为以反激式开关电源为基础设计的驱动5个1W(350mA)大功率LED的节能灯电路。开关电源电路的AC输入电
6、压为185265V,DC输出电压为18V(3.5V*5=18V),输出电流为350mA。IC1为ST公司生产的VIPer22A智能功率开关电路芯片,内置PWM(工作频率约60kHz)控制电路和0.7A/730V的功率MOSFET,在20W以下中小功率开关电源电路中得到广泛应用。在一次侧,D1D4和C1构成桥式整流电容滤波电路,将220V交流电转换为约400V直流电,R1为开机限流保护电阻,可以减少开机时的浪涌电流,并可做保险丝用;U1( VIPer22A特性另述)和开关变压器的初级绕组N1(32)构成反激式开关电源电路,D5、R2、C3构成吸收回路,D6、C4为提供U1工作电源(约15V/DC
7、)的辅助电源电路。在二次侧,D7(FR107快恢复二极管或肖特基二极管)、C6、C7构成二次侧整流滤波电路;R3、C5为吸收回路,R12和D8为假负载和输出指示;R5为电流取样电阻与Q(9014)构成限流电路(0.35A),C8为慢启动电容,防止启动时输出电容的冲击电流产生误动作;R10、R11为电压取样电阻与U3(TL431为2.5V基准电压电路)构成稳压电路;U2(PC817)为光耦芯片,现实电气隔离和反馈控制,R7为其限流电阻,R6为TL431的偏置电阻偏置电阻。变压器T在高频下工作,故体积比工频电源变压器小得多。Nl为初级绕组,N2为次级绕组,N3为U1的Vcc偏置绕组。开关变压器T采
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