照明功率

照明功率（共7篇）

照明功率 篇1

引言

随着LED产业技术的不断发展, LED作为一种光电元件得到了越来越广泛的应用。从最开始的小功率LED指示灯、LED大屏幕应用, 到现在的LED灯饰和大功率LED照明灯具的逐渐普及, LED产品越来越走近人类的生产和生活, LED在照明产业中的应用更是有划时代的意义。作为世界公认的新一代照明材料, LED有很多优势。它高节能无污染, 寿命长, 适用性好, 单灯体积小, 可以做成任意形状, 响应时间短, 为纳秒级, 而且LED照明可以做成七彩或白光, 色彩绚丽。但是LED用于照明目前还有一些缺点, 即价格贵, 目前能做到的实际参数和理论值还有差距, 另外还需克服发热和光衰的问题。下面就大功率LED照明设计中所需解决的几个问题做一下分析。

1 驱动设计

在LED照明领域, 要体现出节能和长寿命的特点, 选择LED驱动器至关重要, 没有好的驱动器IC的匹配, LED照明的优势无法体现。大功率LED是低电压、大电流的驱动器件, 其发光的强度由流过LED的电流决定, 电流过强会引起LED的衰减, 电流过弱会影响LED的发光强度, 因此, LED的驱动需要提供恒流电源, 以保证大功率LED使用的安全性, 同时达到理想的发光强度。

随着大功率LED普遍在灯光装饰和照明中的普遍使用, 功率型LED驱动显得越来越重要。用市电驱动大功率LED需要解决降压、隔离、PFC (功率因素校正) 和恒流问题, 还需有比较高的的转换效率, 有较小的体积, 能长时间工作, 易散热、较低的成本, 抗电磁干扰, 和过温、过流、短路、开路保护等。

现在各厂商为LED照明开发的驱动器很多, 在实际应用中, 要根据应用领域, 电流, 功率, 效率, 精度等参数, 以及成本要求适当选择。

Pow Tech生产的PT4115是一款DC到DC降压恒流式LED驱动器, 其特点有:输入范围从8V到30V (AC或DC) , 击穿电压>45V;输出电流高达1.2A, 内置大功率MOFET;效率97%;超低的关断电流;±5%输出电流精度;LED开路保护;模拟/PWM调光功能选择, 5000:1的PWM调光比;内部含有抖频特性, 有效地改善了EMI。这款驱动器主要应用于MR16射灯、LED装饰照明、汽车的辅助照明灯等。图1为PT4115直流输入应用方案。

Addtek也针对大功率LED的不同应用推出许多解决方案其中AMC7135是一款350m A超低压差稳流器, 推动1W的高功率LED达到稳定亮度, 增加电池总输出功率的效果。其超低压差、低静态电流特性更延长了电池操作时间, 无须任何外接组件, 并具有输出短路/开路保护与内建过热保护装置, 适合应用在要求体积小与密闭空间的LED手电筒;AMC7150则是1.5A高功率LED驱动IC, 主要应用于一般LED照明与汽车LED辅助照明;A704用于AC-DC市电大功率照明;AMC7140用于DC-DC大功率照明, 可调输出电压;A702为DC-DC 6个通道灯串驱动。

还有许多其它厂家也推出了多款大功率LED照明驱动器进入市场, 随着LED照明产业的发展, 相信会有更多更好的驱动器可供广大设计者选用。

2 散热设计

LED是个光电器件, 其工作过程中只有15%~25%的电能转换成光能, 其余的电能几乎都转换成热能。所以在大功率LED中, 散热是个大问题。若不加散热措施, 则大功率LED的器芯温度会急速上升, 当其结温上升超过最大允许温度时, 大功率LED会因过热而损坏。另外一般功率器件的散热计算中, 只要结温小于最大允许结温温度就可以了。但在大功率LED散热设计中, 其结温要求比125℃低得多, 其原因是LED的结温对LED的出光率及寿命有较大影响:节温越高会使LED的相对出光率越低, LED的寿命越短。因此在大功率LED灯具设计中, 最主要的设计工作就是散热设计。

热是从温度高处向温度低处扩散, 大功率LED主要的散热路径是:管芯→散热垫→印制板敷铜层→印制板→散热片或壳体→环境空气。

大功率LED在结构设计上十分重视散热问题。典型的大功率LED设计是在管芯下面加一个尺寸较大的金属散热垫, 使管芯的热量通过散热垫传到外面去。散热垫的底面与PCB的敷铜面焊在一起, 以较大的敷铜层作散热面。在大功率照明灯具设计中为提高散热效率, 一般采用铝基板PCB, 铝基板是一种独特的金属基覆铜板, 它具有良好的导热性、电气绝缘性能和机械加工性能。热通过铝基板传到散热片或壳体结构上, 然后再散到灯具外的环境空气。

在热的传导过程中, 各种材料的导热性能不同, 即有不同的热阻。大功率LED照明灯具的总热阻为管芯到散热垫底面的热阻与散热垫到PCB的热阻和PCB到壳体的热阻以及壳体到环境空气的热阻之和。各部分热阻可以用R= (TJ-T1) /P的公式计算, 其中R为热阻, 单位为℃/W, TJ为结温, T1为传热介质的温度, P为LED工作的功率, 等于LED的IF与VF乘积。在实际设计中, 应根据LED的参数值和各种介质材料的标称或实验参数数据进行热阻计算。经计算获得的TJ节温值如果小于LED的最高节温TJMax要求, 则散热设计不足, 需另加散热片或采取其它措施, 直到节温满足要求。

可以这样理解:热阻越小, 其导热性能越好, 灯具的散热性能越好。

3 防护等级

防护等级是大功率LED照明灯具的重要参数指标, 尤其对用于户外的LED路灯、LED射灯等要求防水防尘的照明灯具。这类灯具要求全天侯工作于室外, 对防护等级, 高低温, 防腐蚀等指标的要求较高。

IP防护等级是用两个数字标记的, 例如:IP65。第一个数字表示防固体物质等级等级, 从第0级的“无防护, 无专门的防护”到第6级的“不透灰尘。无灰尘进入”, 共有7个级别;第二个数字表示防液体物质等级, 从第0级的“无防护, 无专门的防护”到第8级的“防护水淹没”。在制造商说明的条件下设备可长时间浸入水中, 共分9个等级。数字越高, 对灯具的要求越高, 说明灯具对环境的适应性越好。

一般户外大功率LED照明灯具 (如LED路灯) , 要求的防护等级为IP65 (即要求灯具不透灰尘, 防溅水) 或更高。这就对灯具的外壳和散热设计提出了更加严格的要求, 要满足防水防尘条件就要将灯具密封, 但是密封又会带来无法热散的问题。在实际设计中, 通常采用铝质散热片结构, 和铝质密封壳体相结合的方法, 为了满足高要求的散热环境, LED灯或PCB板背面的散热片可采用与铝壳体相接触的设计, 尽量增加热传导, 而不是通过对流和扩散的方式散热。这样设计出来的壳体质量轻, 散热好。

4 总结

尽管大功率LED照明目前还存在许多问题, 如LED灯具价格较高, 目前能做到的光效率和理论值光效率还有很大差距, 目前能做到的寿命与理论寿命 (10W小时) 还有很大差距, 还有发热的问题, 以及减少光衰的问题等, 这些问题使得大功率LED照明灯具短期内难于普及。但是相信随着LED产业上游技术的不断发展, 这些问题必将在不远的将来得以圆满解决, LED照明的民用普及时代必将到来。

摘要：近年来, 大功率LED照明发展较快, 在结构和性能上都有较大的改进, 产量上升、价格下降。与前几年相比较, 在发光效率上有长足的进步。大功率LED照明的普及应用必将在不远的将来成为可能。本文针对大功率LED照明灯具设计中要解决的重点难点问题, 如:驱动电路设计, 散热设计, 防护等级等进行了简单分析, 希望能使读者对大功率LED照明灯具的设计有所了解。

关键词：大功率LED,驱动,散热

参考文献

[1]陈元灯.LED制造技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2007, 7.[1]陈元灯.LED制造技术与应用[M].北京:电子工业出版社, 2007, 7.

[2]杨清德, 康娅.LED及其工程应用[M].北京:人民邮电出版社, 2007, 12.[2]杨清德, 康娅.LED及其工程应用[M].北京:人民邮电出版社, 2007, 12.

照明功率 篇2

关键词：大功率；氙气灯；照明；推广；应用

中图分类号：TM923.34 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2016）15-0052-01

1 氙气灯发光原理与优势

我们知道干燥气体通常是良好的绝缘体，但当气体中存在自由带电粒子时，它就变为电的导体，这时如在气体中安置两个电极并加上电压，就有电流通过气体，这个现象称为气体放电。常见的高压钠灯、金卤灯、氙气灯都是在管泡内进行电弧放电的光源，主要区别在于管泡内所填充的惰性气体成份不同。

氙气是惰性气体中原子序数较大的元素（也就是较重的元素），原子半径较大，在放电中，相比于其他惰性气体，在同样气体压力下，氙与电子的碰撞几率较大，同时，由于电子与气体发生弹性碰撞损失的能量同气体的原子量成反比，所以与其他惰性气体相比，氙气弧光放电时能量的碰撞损失和热导损失都较小，于其他发光金属粒子碰撞时，能量转移的几率较高；同时，氙气的电离电势较低，放电时电极附近的电压较小，与其他惰性气体相比，可以有效延长电极的寿命。

东南大学电光源研究中心曾做过氙气灯与氩气灯（即“金卤灯”）的对比测试实验，采用相同的UPS椭球形状泡壳、电极、金卤丸等原材料，分别填充氙气和氩气，用同一台排气机制作出两种功率的电弧管，从试验结果看出，充入氙气的电弧管在光效、寿命、光衰等指标上，都能达到较高的水平，均优于充入氩气的电弧管。

2 大功率氙气灯产品的世界性技术关隘

氙气灯最早诞生于1923年，先后应用于相机闪光灯、电影放映机、投影仪、汽车照明等领域，这些氙气灯都是小功率氙气灯产品，产品最高寿命不超过2 000 h，并且都是没有接入电网的单灯模式产品，这些产品采取的全部是电子式镇流器，无一例外。

由于惰性气体的质量越大，就越难被电流击穿，氙气的分子量在惰性气体中大于金卤灯的氩气分子量，通常情况下， 150 W以下氙气灯的启动电压要高达23 000 V，远高于氩气（金卤灯）的5 000 V以内，并且，氙气灯功率越大，启动电压的要求越高，150 W以上大功率氙气灯的启动电压就要高达40 000 V。

超高启动电压不仅会对产品寿命带来致命影响，对公共电网也会带来严重影响。另外，超高电压也迫使配套电器附件只能采用大功率户外照明产品中不太采用的电子镇流器，而且因为150 W是氙气灯启动电压的分水岭，目前的电子镇流器民用级技术只能生产150 W以内的合格产品，致使合格大功率氙气灯产品的最高功率难于超越150 W。

通过以上描述，我们可以看出：从单灯模式的小功率电子式氙气灯到群灯模式的大功率电感式氙气灯，必须克服“降低启动电压、延长产品寿命”两大世界性技术难关，合格的大功率氙气灯工业民用产品必须达到启动电压低于5 000 V，产品寿命必须超过6 000 h的基本产品技术参数要求。

2012年，世界照明四大品牌企业东芝照明发布了其大功率氙气灯产品，该公司利用新材料技术解决了大功率氙气灯的寿命问题，但是由于启动电压高的问题没有得到解决，致使该公司的大功率氙气灯至今无法大面积使用。

3 大功率氙气灯城市照明应用前景

作为城市公共市政建设的一部分，城镇化的建设将直接推动城市照明行业的发展。近年来，我国城镇化进程快速推进，城镇化率逐步提高，在2005～2014年10年间，我国的城镇人口已从5.62亿增长到7.49亿，城镇化率从42.97%增长到54.75%，年均增长1.18 个百分点。

根据预测，到2020 年我国城镇化率将达到60%左右，2030 年将进一步达到66%。大功率疝气灯在城市道路照明中部分应用实例，如图1所示。

在城镇化快速推进的背景下，国家对于道路建设的持续投入已连续多年增加。

国家统计局的数据显示，2004年，我国年末实有道路长度为22.3万km，到2013年已达33.6万km，年均增长率4.66%；年末实有道路面积从2004年的35.30亿m2上升到2013年的64.42亿m2，年均增长率为6.91%。实有道路长度和道路面积的持续增加，直接带动了每年城市道路照明路灯数量的增加。

与此同时，随着城市车辆与人口的增加，越来越多的城市进行大规模道路拓宽改造工程，并进行城市风貌改善，以提升城市景观品味。城市照明作为彰显城市文化特征、改善人民居住环境的城市景观品味。

4 结 语

城市照明作为彰显城市文化特征、改善人民居住环境的重要手段，将随着城市道路的建设获得更大的发展。因此，未来几年，在政府政策支持的大背景下，节能环保型城市照明替代传统照明将成为城市照明行业新的增长点。

参考文献：

照明功率 篇3

工业领域建筑物内的活动通常是围绕产品的加工、制作进行, 是以生产和工人的活动为中心的。工业建筑内的一切设施应该保证工业生产活动的安全、高效和不间断地进行;保证足够高的劳动效率、降低生产的差错和废品率、节约能源和降低生产成本。

工业建筑物与民用建筑物相比, 通常层高较高, 而有些特殊要求的厂房, 则高度更大。比如船厂装焊车间、飞机装配车间等高大厂房, 单层建筑高度一般都在20 m以上。而即使同一类型的工业建筑, 因用途不同也会出现高度的较大差异。比如船厂建筑中很多工厂厂房的高度为20 m, 有的可以达到50 m。

厂房的照明设计应该根据现行照明标准GB50034-2004《建筑照明设计规范》的规定来进行, 不仅需要满足规范对照度值的规定, 而且应该满足国家规定的节能标准。该标准对建筑物节能标准的规定主要体现在LPD值的要求上, 其中机械加工厂房的LPD值可以在该标准第6.1.7节的表6.1.7工业建筑照明功率密度值中查到, 如表1所示[1]。

《建筑照明设计规范》并没有对工业建筑的层高进行限制, 因此很多高大厂房也必须遵守规范的规定来达到LPD值的要求。然而各种高度差异巨大的厂房使用同一种LPD值来要求是否合理呢?一些高度值十分巨大的厂房使用《建筑照明设计规范》的规定是否合适呢?这些问题对于高大厂房的照明设计而言都是十分现实的问题, 值得进行讨论和研究。

2 典型高大厂房照明设计仿真计算

针对一些案例进行仿真实验, 对于不同高度的厂房进行合理的照明设计, 可以得到相应的LPD值, 从而给出以上问题的答案。

2.1 典型高大厂房的仿真实验

船厂厂房是高大厂房的典型代表, 以船厂厂房为例进行这类研究是有现实意义的。船厂厂房一般面积较大, 这里使用60 m×80 m的厂房为例进行仿真计算。船厂厂房的照明要求可以按照表1中粗加工或一般加工的规定进行LPD值和照度值的要求。这里使用DIA-Lux进行仿真计算, 并期待得到进一步的实验数据。DIALux软件是德国DIAL公司开发的照明设计软件, 其特点之一是支持大量知名灯具厂商的产品信息, 并遵循很多照明领域的国际标准, 其计算结果也都经过CIE 171:2006的验证[2]。

为了研究不同高度厂房的照明计算数据, 这里使用9种高度值进行计算分析, 分别是10m、15m、20m、25 m、30 m、35 m、40 m、45 m和50 m的厂房, 对这些面积相同高度各异的厂房进行仿真研究。DIALux照明设计软件支持大量第三方公司的灯具插件, 这里选用灯具生产厂家PHILIPS公司的两款金卤灯光源用于高大厂房的仿真计算, 分别是HPI-P250W-BU和HPI-P400W-BU。表2是各种高度厂房分别使用型号为HPI-P400W-BU的400 W金卤灯光源时选用的相应灯具资料。

2.2 仿真过程

使用DIALux软件, 首先建立各个厂房模型, 其中面积皆为60 m×80 m, 高度按照前述分别设定。图1为10 m厂房的建筑模型[3]。

针对各种高度的厂房进行灯具选择, 并合理布置, 使之达到表1中一般加工的照度要求, 即300 lx。图2为30 m厂房选择Philips PHOENIX MDK900 AL (W) C 1x HPI-P250W-BU灯具后的照明设计方案。

使用DIALux计算功能进行仿真计算便可得到各种照明计算数据, 同时生成照明仿真模型。按照《建筑照明设计规范》的要求, 船厂厂房维护系数应该选择0.7[1]。图3是50 m厂房选择Philips PHOENIX MDK900 AL (N) C 1x HPI-P400W-BU灯具后的照明仿真模型。

2.3 计算结果

经过DIALux的计算, 可以得到各个仿真模型计算出的相应照明计算数据。表3是各仿真模型的平均照度值和LPD值数据。

在表3中, 使用250 W与400 W金卤灯分别进行照明计算而得到的LPD值有一定差异, 可以使用灯具附带电器部件的情况进行解释。需要达到相同照明效果, 使用250 W光源的话必定需要更多的灯具, 其附带电器部分的功率数据也就相应增大, 从而导致了LPD的差异。

3 典型高大厂房照明仿真与分析计算

由表3可以看出, 各个高度的厂房, 在使用同样的光源情况下, 即使选择了配光曲线合理的各种灯具, 在达到平均照度值的要求下, 也会出现LPD的较大差异。

3.1 计算数据分析

MATLAB具有强大的数据处理功能, 使用MAT-LAB可以对一些数据进行处理, 得到一些规律。这里针对表3中250 W和400 W金卤灯的两组数据进行计算, 令横坐标数据为厂房的高度, 纵坐标为两种金卤灯金卤灯的LPD值, 即数组和数组1, 2。

使用MATLAB函数库cftool命令即可在坐标系上得到相应坐标点。通过数据拟合, 这些坐标点可以生成拟合曲线, 从而容易找到一些必要的规律。这里使用一次函数式进行拟合, 即在MATLAB中选择拟合函数linear polynomial, 可以得到图4和图5所示两种曲线。

并且得到一次函数关系:

3.2 结论分析

根据数值分析的理论, 式 (4) 和式 (5) 可以用作各个高度厂房应用相应光源时, 厂房高度与LPD值的关系表示。由以上二式可见, LPD值与厂房高度值存在一次函数关系, 随厂房高度值的增大, 满足照度要求下的LPD值变大。同时, 令式 (4) 和式 (5) 中函数值等于规范要求的LPD限制值, 则可得到相应的厂房高度值:

即厂房高度为33.2 m时, 安装250 W金卤灯的厂房LPD为11 W/m2;厂房高度为54.0 m时, 安装400 W金卤灯的厂房LPD为11 W/m2。而一旦厂房高度值大于以上两个数据, 为了满足照明要求, 须对规范的相应要求进行修正。

对于本文第1节提出的两个问题, 这里可以得到一个初步的答案。由表3的数据可以看到, 各个高度的厂房进行照明设计得到的LPD值并不相同;由式 (4) 和式 (5) 的计算结果可知, 对于一些十分高大的厂房, 按照规范规定的LPD值进行计算也不尽合适。

4 结束语

高大厂房应用范围有限, 属于相对稀少的建筑样式, 相应标准的制定也就无法全面涵盖。同样, 对于高大厂房照明设计的研究也相应缺乏。因此, 对于高大厂房照明设计的进一步研究除了填补一些原有工作的空白之外, 还应该涉及更为合理的照明产品的研制。合理的照明产品包括适应高大厂房的配光曲线, 合理的距高比数值、先进科技为依托的高光效数值。

摘要：工业建筑领域的一些高大厂房照明设计中, 经常存在无法同时满足照度标准和功率密度 (LPD) 值要求的问题。为了解决这些问题, 通过大量的照明仿真计算和对计算结果的分析处理, 得出了在高大厂房照明设计中, LPD值应该考虑建筑高度的结论。

关键词：高大厂房,LPD值,照明设计软件 (DIALux) 仿真,仿真软件 (MATLAB) 计算

参考文献

[1]GB50034-2004, 建筑照明设计规范[S].

[2]Building Energy Software Tools Directory.U.S.Department of Energy http://apps1.eere.energy.gov/buildings/tools_directory/softwre.cfm/ID=497/pagename=alpha_list

照明功率 篇4

当下, 城镇化模式发展迅速, 电子信息行业得到了有效发展, 在这种情形下, 社会对照明技术的需求日益增大, 相对来说, LED产业是一种朝阳产品, 有着非常广阔的发展前景。可是, LED电源的功率因数却非常低下, 这也是制约LED照明技术有效推广的要素之一。在这种大背景下, 笔者制定了一种全新的电源设计方案, 该方案以大功率照明电源设计为契机, 以功率因数校正为理论基础。

一、PFC技术原理

对于传统的LED电源来说, 之所以功率因数比较低, 主要原因就是电流实施整流之后, 容易出现电流尖脉冲现象。假如不进行滤波处理, 单单以阻性负载的形式出现, 那么电流就以正弦波的形式出现, 而且还跟电压呈同相位联系, 即功率数值是本文涉及的功率因数校正技术就是研究把整流器和滤波器实施分离, 把容性负载转换成阻性负载。

二、基于PFC电路的大功率LED照明电源设计

2.1 电源主电路的基本原理。通过以上研究, 我们发现了如何提升电源的使用效率, 最大限度地控制谐波的影响。而电流系统当中又包含BOOST、PFC电路、Buck中的PWM直流交换电路、负载以及检查等。

对于PFC来说, 主要采用后延操控技术, 而PWM在运用前沿操控技术。在这种情况下, 上述两种电路的开关是联系在一起的, 两者之间的开、关呈现180 度相位差。而PFC线路中对CBST的需求量较大, 原因就是, PWM所需的能量来自CBST和LBST两个方向。

如果VT1 通电, 那么Us、 VT1 和电感器LBST就形成了一个闭合电路, LBST就能正常充电, VD1 就停止;而如果VT1 停止, 那么U s、 L BST、 VD1 及CBST就形成了一个有效回路, 那么, 之前的LBST就把储存的电能向CBST转换, 进而向其后的BUCK送点。

如果VT2 通电, 那么CBST、 VT2 和电感器LBK就形成了一个闭合电路, LBK就能正常充电, 并且给LED充电, VD2 就停止;而如果VT2 停止, 那么L BK、 VD2 就形成了一个有效回路, 给LED有效送电[2]。

2.2 PFC控制电路的设计。PFC的操作原理所运用的是闭环模式, 反馈网络会把变压器的电流导向电流误差放大器, 这样就能保证电流有效的进入指定位置, 然后按照一定的运算法则提供所需电流, 进而产生所需的电压。而在电源层面来看, 上述电压和电流属于同种波形, 仅仅在数量上有差别, 进而达到了功率校正的目的。

2.3 PWM控制电路的设计。PWM在实际应用的时候, 运用了电流平均程式。实际流过LED线路的i D会被分流在RD上, 进而出现一个u D电压, 这是可以控制的, 并且保证u D电压处于需要压力值当中, 这样就能最大限度的保证LED所需电流的稳定性。u D电压产生的误差可以通过GIEC来管控, 最后跟齿状载波进行对比分析, 即驱动力VT2。

三、结语

笔者对有源功率因数校正技术进行了研究分析, 其目的就是在提高功率因数功效的同时, 减少谐波对电流造成的影响。详细的步骤就是把整流桥跟DC /DC功率进行串联, 人后链接到BOOST变压器上面。最终得出一个结论:本研究具备比较高的功率因数以及效能, 而且还符合LED对电流的正常需求, 即350±150 m A电流技术要求。

摘要：本文论述了一种LED照明电源设计方案, 该方案以功率因数校正为理论基础。对校正电路中升压电感的设计进行了阐释。然后通过仿真实验就行证明, 结果显示, 该设计方案具备比较高的功率因数及功效, 本设计简单明了, 易于操作, 对于一些LED的特性以及连接模式来说, 效果较好。

关键词：照明,LED,功率因数校正,电源,仿真

参考文献

[1]林维明, 张冠生, 陈为, 等.应用高频开关变换器的有源功率因数校正控制方法的分析[J].低压电器, 2012 (5) 16-19

照明功率 篇5

随着我国高速公路的发展, 特别是山区高速公路需穿越大量的隧道, 为了确保车辆通行的安全, 需配置大量的照明, 隧道的运行成本越来越高。为了实现隧道照明降低用电量、避免洞内、洞外光差, 确保车辆安全、实行分段照度控制、提高照明灯具的使用寿命, 提高隧道照明安全稳定运行、便于日常维护管理等。采用光效好, 无污染的冷光源节能的大功率LED灯作为隧道照明灯具, 并采用智能控制系统实现隧道照明控制是技术发展的必然, 是节能减排的需要, 也是实现高速公路安全运行的必然。

1 智能照明控制系统的组成

隧道照明系统采用分布式控制, 通讯采用RS485通信, 系统组成如图1所示。系统主要由上位控制计算机、控制终端设备和现场采样设备组成。上位机与中间层、现场层设备之间通过RS485通信总线进行信息的传递, 实现数据的上传和下达。上位机是大功率LED隧道照明控制的心脏, 也是系统的控制中心和信息处理中心, 负责系统的决策、指令发送、数据采集、显示和存储系统数据等任务。控制终端主要实现LED照明灯具的控制, 采集照明灯具的温度和照明通过的电流、调节照明灯的工作电流等。同时把相应的参数上传到上位机, 并执行上位机发出的相应得控制命令, 对照明进行及时的调控。采样设备主要由通行车辆检测器、光亮度检测器和车速检测器, 用来采集隧道通过的车辆、隧道洞内洞外光亮度、运行车速等相关的现场实时数据。

2 上位机软件设计

隧道智能照明控制系统上位机软件结构按结构层次可以划分为人机对话界面层、现场数据采集层、隧道现场车辆检测通信层, 软件系统结构框图如图2所示。人机对话界面为操作员工提供简单方便的操作平台, 有系统的主界面和相应的对话框。现场数据处理层是计算机处理采样数据的, 计算机中的数据包括终端采集的原始数据, 中间处理数据和计算好的输出的最终数据, 分别保存在上位机不同的储存器中。数据处理层需计算判断的数据很多、计算函数复杂多样, 有采样原始数据的采集函数, 有计算中间数据的各种相关的关系函数和计算最终数据需要的调用函数等。隧道检测通信层是软件的现场间隔层, 是系统的输入输出口, 负责对各种信号的进行采集和把最终结果输出控制照明灯具。三层软件结构紧密相连, 实习系统软件的全部功能。上位机软件结构按使用功能的不同可分为:数据采集模块、数据备份模块、数据分析处理模块、隧道照明控制模块、系统设备自检和用户管理维护模块。

系统要进行数据采集, 先要和终端采集设备进行相因的通信连接。在完成通信连接后, 再编写采集各种信号参数的函数就可以进行相应的数据采集。大功率LED隧道照明智能控制系统的运行过程中, 有许多数据需要备份保存, 以备以后需要的时候进行相应的查询。隧道智能照明控制系统对照明控制的方法是:把加强照明和基本照明分开, 按照明强度把它分成六级, 在根据时间的顺序和不同的补偿的方式综合对灯具采用不同的排列组合进行控制, 从而对隧道照明的亮度进行调节。

3 终端控制模块设计

高速公路隧道环境比较差, 所以采用的隧道照明控制系统的控制终端必须可以对数据进行精确的测量、对照明灯具进行准确的控制并且通信必须可靠, 数据上传和下达必须正确。要实现以上的目标, 控制终端硬件电路必须高可靠设计和软件算法必须优化设计处理, 抗干扰能力强。

按实现不同功能要求为标准, 控制终端有两种:检测终端、控制终端。按隧道照明灯为标准, 检测终端分有外部检测和内部检测, 外部检测主要是有隧道外部照明亮度检测、隧道内部照明亮度检测、隧道车流量检测和隧道内车辆速度检测。在系统出现故障如照明灯具损坏或线路有问题时, 系统必须发出报警信号并让高速公路值班人员知道, 安排人员处理。系统必须采集LED故障的电流、电压和照明灯具温度等参数。电流、电压和灯具温度测量是终端内部检测。控制终端可以对输出部分进行相应的调光占空比控制, 就可以对LED隧道照明灯具的亮度进行相应的调节, 实现隧道照明的智能控制。所以控制终端除了要进行参数采集和照明灯亮度控制外, 还要和上位机数据交换, 控制终端框图如图3所示。

控制终端所需的信号都是由的检测设备和检测电路检测后再送到终端的, 测量设备将检测信号采样后并进过相应的电路转换为电压信号, 再通过终端微处理器对检测电压信号分别进行相应的逻辑运算, 再将计算数据的结果通过通信接口传给上位机, 上位机再对计算数据根据控制软件进行相应还原后送到上位机软件界面上。为了避免隧道照明智能控制系统的上位机控制太多控制终端而出现通信混乱, 上位机的通信控制方式是采用呼号连接的方法, 上位机对每一个控制终端发出的指令都有一个相应的ID号, 通信时ID号为传递数据的第一个字节, 控制终端在接受数据是, 把接收到的第一字节和自己的ID号进行比较判断是否一致, 若相同, 则和上位机的进行通信联系, 并改变控制终端的工作状态;假如ID号不相同则控制终端不接收信号, 控制终端保持自身的工作状态而不受上位机的影响。控制终端设备是通信从机, 根据系统设置的通信协议, 在上位机没有发出控制指令, 控制终端和上位机不能进行数据传送。在上位机发出通信指令后, 控制终端可以给上位机发送数据, 控制终端先将通数据和ID号捆绑后一起通过通信端口发送给上位机, 上位机这样可以知道信息的来自哪一台控制终端。隧道照明灯具相连接的控制终端工作流程, 和对车辆速度速、车辆的流量, 隧道外照明亮度和隧道内照明亮度进行分别控制的过程大致相同, 控制终端进行复位后, 上位机检测程序不断的检测通信数据总线的工作状态, 检测到有终端发送数据后, 终端马上采用中断工作方式, 根据时间先后对接收的数据进行电流、电压、温度测量和进行照明亮度控制的性质进行相应的识别, 进行不同的照明亮度控制。

4 结束语

因为LED灯采用直流驱动容易实现调光, 采用大功率LED灯作为隧道照明控制的灯具。采用了根据隧道照明各段对光度需要的不同, 用占空比控制调光函数, 用隧道外照明亮度、车流量、车辆速度的变化综合计算出隧道各段照明亮度所对应的不同占空比来进行照明智能控制, 克服了隧道照明控制调光的不连续的难题。采用的隧道照明控制简单, 可以利用计算机编程语言进行控制软件编程。设计中采用了隧道内部照明亮度作为检测反馈量, 达到隧道照明与隧道外部环境亮度的协调。设计了大功率LED隧道照明智能控制系统的上位机软件框架, 上位机软件主要由外部控制终端数据采集、上位机数据备份、数据分析处理、光照度调节控制等模块组成。该软件可以进行自动监测功能、数据快速处理、数据备份维护和通信等功能, 软件采用模块化设计, 随时可以根据用户不同的隧道照明要求而进行修改完善和扩充。软件有智能控制、手动控制和应急控制三种照明控制模式, 用户操作简单方便, 软件人机界面友好。上位机与控制终端的通信一对一的数据交换方式通信, 确保了通信的可靠性。系统采用抗干扰设计, 终端设计分别从硬件和软件上进行了相应的滤波处理, 提高了终端检测数据的精确性。

采用大功率LED隧道照明智能控制系统, 不仅提高了高速公路的安全性, 也降低了高速公路的用电量和提高了照明设备的使用寿命, 降低了设备的维护工作量。

摘要：本文分析了原有高速公路照明控制存在的问题, 采用大功率LED智能照明控制系统的组成, 给出了上位机软件设计结构图、控制终端设计框图及改造后的效果。

关键词：隧道照明,智能控制,控制终端,LED

参考文献

[1]张驰, 王洵, 徐沛娟.公路隧道LED节能熊明及控制系统试验研究[J].新技术新工艺, 2009 (9) :67-70.

照明功率 篇6

随着全社会对节能减排要求的日益强烈, 使得LED照明的应用如火如荼, 相对于传统的照明, 不仅获得了显著的节能效果, 还提供了更加环保的照明环境和优良的照明品质。

与小功率的LED照明相比, 新一代的大功率LED照明具有技术要求高、功率大和发热量高等截然不同的特性, 特别是对使用中LED光源散热的要求也更加严格, 需要进行专门的研究和设计。为此, 文中在一般介绍LED照明的热传导过程、散热要求、材料选择及技术方案等基础上, 依据大功率LED照明自身的发热特点, 结合具体的应用实际, 重点研究了相应的散热设计, 提出了所存在的问题。

1 大功率LED照明的散热设计

相对于传统的照明而言, 大功率LED照明的散热至关重要, 关系到电参数、光效、光色、寿命及可靠性等诸多方面, 因此需要非常严格地进行大功率LED照明的散热设计, 不能有丝毫的马虎。

1.1 LED照明的散热及要求

(1) 从LED照明的原理及基本特性来看, 其热的产生及散发的过程主要为[1]:

热源 (LED光源) —成品化的LED光源即是发热源, 其输入电功率中的约70%将变成为热而散发出来。从其基本架构来看, 可以表述为一源两面:一源即为LED光源, 提供照明所需要的光输出;两面分别对应为出光面和出热 (发热) 面。

导热/均热器件—导热/均热一般由MCPCB板中的金属部分 (主要为铝材) 担任, 被称为“一次器件”, 主要的功能是将LED光源中的热导出来, 并且将各个热点的热量进行均匀化, 提高总体的散热效率。

散热器件—中、大功率LED照明的散热主要利用金属材料 (铝材) , 被称为“二次器件”。采用专门的工艺:如挤压、压铸、锻造、表面涂覆等方式制造, 使得热量最终通过空气的对流作用而散发掉。此外, 对于超大功率的LED照明还可以采用散热能力更强的热管散热器。

实际中, 导热/均热、散热器件的选材当然是热传导系数越高越好, 但同时还需要兼顾到材料的机械性能、价格及后加工工艺[2]。通过综合比较, 作为地壳中含量最高的金属铝, 因热传导系数较高 (237W/m·K) 、密度小、价格低而受到青睐, 成为制造散热器件的主流材料, 成为了理想的选择, 并且在应用中通常会制成铝合金, 以提高机械性能。

(2) 目前, 采用铝材进行散热器件加工的工艺主要有[3]:

压铸—散热器件的导热系数为96 W/m·K, 特点是加工成本低, 但翅片厚, 散热表面积小。

车铝—散热器件的导热系数为180 W/m·K, 特点是翅片薄, 散热效果好, 但加工成本高, 产量低。

冷锻 (挤压) —散热器件的导热系数为226 W/m·K, 特点是散热性能好, 节约原材料, 适合大量生产, 但无法加工外形复杂的散热器件。

(3) 具体应用到大功率LED照明上, 散热器件应满足三个基本的要求[4]:

导热/均热好—散热器件的整体热阻就是由与LED模块的接触面开始逐层累计而来, 吸热面内部的热传导阻抗是其中不可忽视的一部分。其与LED模块间热阻小, 就可以迅速地吸收其产生的热量, 并将吸收的热量有效地传导到尽量多的翅片上。

整体热阻小—为了提升吸热能力, 希望散热器件与LED模块紧密结合, 不留任何空隙。实际上吸热面与LED模块之间必然存在一定的空隙, 应采用具有较低热阻及较佳适应性的材料填充其中的空隙, 即LED光源安装时采用高效的导热膏, 能够有效地减少接触的热阻[5], 以达到最佳的散热效果。

热量快速传导—散热器件的吸热面和散热翅片加工成牢固的整体, 能够将吸收的LED热量迅速地传导到翅片部分。翅片的间隙与气流方向要保持一致, 才不会因气流而形成涡流而造成热气的滞留, 进而以最快的速度将热量散发掉。

1.2 大功率LED照明翅片散热的设计

大功率LED照明的散热就要求在遵循基本热学规律的基础上, 精心设计, 以求获得最好的散热特性和最佳的散热效果。

(1) 翅片散热设计的一般原理与架构:

如图1 所示, 给出了LED能量的输入、输出流动示意图。

言简之, LED光源具有3 个能量端口。左侧为输入端口, 接收电功率P (=IV) 到LED光源上, 其输出端口为上和下的2 个面, 分别为热和光输出面。光是照明所需要的主要成分, 约占总能量的30%, 由出光面获得光输出;热是不需要, 但必须要由其出热面导出、并耗散掉的次要部分, 约占总能量的70%, 因此LED的散热设计就是针对这部分来进行的。

目前从大量的应用实际来看, 大功率LED照明的散热设计主要以固态静止的、与空气进行热交换的形式多样的翅片类散热器件为主[6]。依据散热器件与LED光源的安装形式及相对位置, 主要的形式可以归纳为:背负式、覆盖式、分散/组合式、嵌入式、周边式等, 并且在外观及防护上主要有直接裸露 (一般通用) 和内置 (常用于室外照明, 考虑到减少风阻和防止散热器件的污染) , 如图2 所示。

1) 图2 中的 (a) 为背负式散热器件的剖面示意, 常用于单颗大功率LED阵列光源, 特点是散热器件的吸热底座紧贴于LED光源的出热面上, 散热翅片竖向尺寸不超过散热底座的尺寸范围, 具有构造简单、加工方便和灵活实用等特点。

2) 图2 中的 (b) 为覆盖式散热器件的剖面示意, 同样常用于单颗大功率LED阵列光源, 特点是散热翅片的竖向尺寸超过散热底座的尺寸范围, 对LED光源形成一种覆盖的态势, 具有空间利用率高、翅片面积大及散热效果好等特点。

3) 图2 中的 (c) 为分散/组合式散热器件的剖面示意, 常用于集成封装大功率LED点光源, 特点是将单一的大的散热器件分散为多个均匀分布的小的散热器件, 中间留有适当的空气散热通道, 一般与LED光源模组配合, 具有热点分散、组合方便及散热效果好等特点。

4) 图2 中的 (d) 为嵌入式散热器件的剖面示意, 常用于集成封装大功率LED点光源, 特点是散热器件的本身就是灯具的外形和机械固定部分, LED光源 (模组) 就像珍珠一样嵌于其中, 具有外形轻薄、散热面积巨大、使用灵活及式样新颖等特点。

5) 图2 中的 (e) 为周边式散热器件的径向剖面示意, 常用于单颗大功率LED阵列光源, 特点是散热器件为成品的铝型材, 通用性好, LED光源均布在散热器件的周围, 具有构造简单、热点分散、散热高效及全周出光等特点。

(2) 大功率LED照明翅片散热的应用

在 (1) 中归纳了五种具有典型代表的大功率LED照明的散热形式。在具体的散热设计中, 主要依据相关现场状况、加工工艺、整体成本等制约条件, 再结合仿真技术来合理设计, 并在实施中采取了适当的变化形式, 主要表现为将外壳、机械防护结构合为一体, 或者将反光罩与散热结构合为一体等形式[7]。

1) LED球泡灯翅片散热应用

如图3 所示, 给出了大功率LED球泡灯翅片散热的实例, 从左至右分别为:背负式 (a) 、覆盖式 (b) 和周边式 (c) 。

图3 中的 (a) 散热器件为背负式。其吸热底座通过机械紧固作用, 紧紧贴合于LED光源的出热面上, 通过传导作用将热量吸收、均匀并传导到与之连为一体的散热翅片上, 再通过翅片的对流和辐射作用将热量散发到空气中去。需要强调的是:当球泡灯的安装位置为垂直时, 翅片的方向与气流方向一致, 散热效果良好;安装位置为非垂直时, 翅片的方向与气流方向不一致, 形成紊流, 使得整个散热器件上的温度分布不均匀, 影响散热效果, 故在翅片上开有大量的散热通孔, 让空气的流动相对顺畅[8], 以提高整体的散热效率。

图3 中的 (b) 散热器件为覆盖式。在设计时将散热翅片的长度加大, 延伸到超过LED光源的出光平面, 形成圆周状的覆盖态势。这样做的优势:一是充分利用了LED光源的非出光空间来尽可能的增大了散热翅片的有效面积;二是在同样散热面积的情况下能够减小整体的体积。在安装位置为非垂直时, 利用翅片间较大距离来减少由于紊流的产生对散热效果的影响, 确保整体的散热效率。

图3 中的 (c) 散热器件为周边式。其采用成品的铝型材来作为散热器件, 成本相对较低, 长度可以根据功率的大小灵活选取。为了获得较好的散热效果和全周的光输出, LED光源均布在散热器件的圆周上, 使得各发热点的热量分布均匀, 并且沿圆周分布的每组散热单元间还留有较大的空气通道, 有利于球泡灯在安装位置为非垂直时的散热, 提高了整体的散热效率。

2) LED工矿灯翅片散热应用

大功率LED工矿灯安装位置以垂直为主, 如图4所示给出了翅片散热的实例, 从左至右可分为:背负式 (a) 、覆盖式 (b) 、分散/组合式 (c) 和 (d) 、嵌入式 (e) 。

图4 中的 (a) 散热器件为背负式。其吸热底座紧紧贴合于LED光源的散热面上, 通过传导作用将热量吸收、均匀并导到与之连为一体的散热翅片上。散热器件翅片的方向与空气流动的方向一致且与灯罩及驱动电源盒之间留有较大的空间 (架空) , 有利于散热时空气快速顺畅的流动, 可以获得良好的散热效果。

图4 中的 (b) 散热器件为覆盖式。设计时将散热器件的吸热底座与反光罩合为一体, 形成圆周的覆盖状。首先散热翅片同步延伸, 方向与空气流动方向一致, 其次翅片呈圆周分布, 使得散热面最大。这样设计的优势:一是灯的外观扁平、体积小巧、轻盈别致;二是整体的散热面积尽可能的增大了, 可以明显地提高整体的散热效率。

图4 中的 (c) 和 (d) 散热器件为分散/组合式。其中 (c) 为分散式, 一般与集成封装的LED光源相匹配, 每个光源对应一个散热器件, 形成一体化组件; (d) 为组合式, 将多个较小的散热器件通过组合均布在均热平面上以形成大的散热器组件。分散/组合式的优势主要为:各发热点的热量均匀分布于灯体上, 有利于散热, 并且可以采用体积较小的散热器件, 具有加工简单、成本较低、方便灵活以及便于维护等特点。

图4 中的 (e) 散热器件为嵌入式。集成封装的LED光源像珍珠一样镶嵌在巨大的散热器件中间, 而散热器件本身就是灯具的外形和机械/防护结构。如此一来, 通过相互交叉的网格状翅片结构, 可以在灯具体积一定的情况下获得最大的散热面积, 具有散热效果良好、外观新颖别致、体积小巧轻薄等特点。

3) LED泛光/投光灯翅片散热应用:

大功率LED泛光灯和投光灯的主要区别在于对出光的要求不同, 其他的基本类似。由于在使用中安装的位置及方向多变, 散热器件翅片的设计就要考虑周到, 需要考虑几乎任意方向使用散热时空气流动的情况, 因此技术上尽可能采用大的散热面积。外形通常采用较为秀气扁平状, 且散热翅片较厚、较大, 相互间的距离较大, 有的还采用镂空的设计, 以提高翅片与空气进行热交换的能力。如图5 所示, 分别选取了背负式 (a) 、覆盖式 (b) 、分散式 (c) 、嵌入式 (d) 计四种形式的散热设计, 其具体的特性与上述2) 中LED工矿灯的散热相类似, 可以进行参照, 在此不再赘述。

4) LED道路灯翅片散热应用:

道路照明的优劣直接关系到夜间机动车行车以及行人的安全。由于大功率LED道路灯的使用环境恶劣、条件严酷, 且灯体的发热大, 安装位置高, 高空检修难, 加上常年室外的日晒雨淋、灰尘鸟粪等都要影响到散热的效果, 因此散热设计非常重要。

如图6 所示, 给出了大功率LED道路灯翅片散热的实例, 主要分为:背负式 (a) 、覆盖式 (b) 、分散式 (c) 、嵌入式 (d) 。

图6 中的 (a) 散热器件为背负式。其采用单颗大型太阳花类的散热设计, 翅片宽大, 相互之间的距离也较大。散热器件的吸热底座紧紧贴合于LED光源 (模组) , 将热量吸收、均匀并传导到与之连为一体的散热翅片上, 再利用道路上空强大的空气对流作用, 将LED的高热散发掉。裸露结构的优势:一是提高了散热效果;二是可以利用雨水的作用来冲刷散热翅片上的灰尘和污物, 使得散热器件的性能长期稳定。

图6 中的 (b) 散热器件为覆盖式, 翅片方向与道路方向相一致。散热翅片的面积大可充分利用道路上方的空气流动来提高散热的效果;翅片的间距大可以减少风阻, 有利于提高雨水对污物的冲刷效果。如此综合, 就能够稳定散热性能和明显提高整体的散热效率。

图6 中 (c) 的散热器件为分散式。散热器件与集成封装的LED光源形成一体化结构。将多个散热器件并列后均布在安装平面上, 再加上其他部件就能够组成大功率的照明, 并且还可以形成由小到大的系列照明。分散式散热器件的优点:一是整个照明的热量均匀分布, 对散热有利;二是可以采用单个体积较小的散热器件, 方便灵活, 也便于生产和维护。

图6 中的 (d) 散热器件为嵌入式, 散热器件本身就是灯具的外形和机械/防护结构。3 颗集成封装的大功率LED光源 (模组) 像珍珠一样镶嵌在巨大的散热器件中间。散热翅片采用相互交叉的通透结构, 总体表面积很大, 有利于空气的顺畅流动和雨水对污物的冲刷, 也能减少风阻。这样, 既保证了灯具体积小巧和外观新颖别致的要求, 又可以获得良好的散热效果。

2 结束语

随着社会经济的快速发展, 大功率LED照明的各种应用条件特别是在工业、商业等公共领域的应用条件均已成熟。基于LED光源自身对热的高度敏感特性, 大功率LED照明的散热设计尤为重要, 其直接关系到应用前景的深度和广度。目前市场化的大功率LED照明的散热虽然种类繁多、特性不一, 但还是以翅片类的散热器为主。由于各厂家在散热理念、工艺条件和加工技术等的差异, 往往造成在具体的散热设计、应用上存在着许多不合理方面, 还有待于进一步优化和提升。其中可见的途径就是, 利用新技术和新材料来达到大功率LED照明散热的高效能、小体积和轻量化, 以及采用可再生的非金属材料来替代宝贵的有色金属, 降低加工过程中的碳排放等。

参考文献

[1]杨世明.传热学[M].人民教育出版社, 1980.

[2]房海明.LED散热模块热传材料介绍[EB/OL]. (2010-05-30) [2015-10-13].www.china-led.net.

[3]Richard-Wen.LED灯具散热器的工艺[EB/OL]. (2013-05-10) [2015-10-13].http://wenku.baidu.com

[4]新世纪LED网.有效的LED散热方法[EB/OL]. (2014-07-29) [2015-10-13].www.cnledw.com

[5]张淑芳, 方亮, 付光宗, 等.硅脂导热涂层改善LED散热性能的研究[J].材料导报, 2007, 21 (z A) .

[6]秦彪.LED行业中的传热学问题之一——“热阻”概念被滥用[EB/OL] (2011-10-20) [2015-10-13].www.china-led.net.

[7]突破散热与光学瓶颈COB封装打造优质LED照明[EB/OL]. (2011-11-04) [2015-10-13].ofweek lights.ofweek.com/2011.

照明功率 篇7

用于光学仪器照明的LED一般有两种形式:一是由小功率LED阵列组成的线光源和面光源, 二是用单个大功率LED作为的点光源, 。前者驱动电路易实现且已广泛应用;后者因其光电热特性, 驱动电路的实现还存在某些问题。光学仪器对大功率LED有两大关键技术要求: (1) 光源亮度可调、无色偏; (2) 能有效解决大功率LED的散热问题, 对此本文设计了一种用于光电仪器照明系统的可调光大功率LED驱动电源。

二、大功率LED的伏安特性和温度特性

光学仪器的LED照明驱动系统设计既要考虑其电学特性, 又要兼顾其光热学特性。图1 (a) 为指数上升的大功率LED伏安特性, 电压稍有变化则电流剧增, 随之光强也会剧增导致其寿命缩减, 可靠性降低, 且引起色偏。温度特性如图1 (b) 所示, 时间越长, 温升热量积累引起光衰, 其伏安特性也会随之左移。若恒压驱动则加剧温升将降低照明系统的可靠性并引起色偏、光衰。本系统拟采用恒流源驱动LED, 使其电流恒定, 并辅以散热以提高可靠性。

三、驱动电路设计

1. 系统总体方案

光学仪器照明系统为适应不同检测环境和要求, 需调节光源以获得不同的光通量, 因此本系统采用555定时器作为PWM发生器并通过改变其占空比D调节恒流源驱动模块的输出电流以实现调光功能, 其工作原理如图2所示:

2. 驱动电路设计

本系统采用PT4115芯片给LED提供恒流驱动, 选择555发生占空比可调的PWM调光。驱动电路如图3所示。

(1) 恒流模块:PT4115是一款连续电感电流导通模式的降压恒流源芯片, 采用频率抖动技术来降低EMI[5]。它的DIM端口可模拟调光和数字调光信号, 本系统选择PWM调光。采样电阻Rs1精度为±1%的精密电阻, 否则误差较大。为保证连续续流, 电感L1须要用镍心的工字型电感, 其饱和电流应为最大输出电流的1.5倍。

(2) PWM发生模块:通过改变RP1使555发生PWM波的占空比D可从0到100%可调, 实现连续调光 (频率为F=1.443/ ([R1B+R1) *C1]) 。

(3) 为抑制LED电流纹波, 在两端并联一47u F到100u F的电解电容。因LED在发光时电压低、电流大, 为使LED长时工作还须考虑散热。

3. 散热设计

当电流通过大功率LED的PN结后结温开始升高, 据文献可知温度每升高一度, 光波长将漂移0.2nm-0.3nm, 导致LED出光均匀性、一致性变差;同时大功率LED的封装胶会因温度过高而使胶体变黄, 导致一次透镜的透光能力降低。因此, 解决大功率LED的散热问题是很重要的。本实例措施为:先在LED铝基板上加装一定面积的散热翅片 (以16cm2/W散热率计算) , 且其材质要选择导热系数高的铝合金或铜片金属;再将导热性能良好的导热胶紧紧粘于散热片与大功率LED, 必要时系统再增加一微型风扇以散热。

四、实验结果

将万用表的电流档串接于LED负载电路中, 借助示波器测出其占空比, 同时读出当前占空比对应的输出电流值, 并随机取样8个点, 所得电流-占空比关系如表1所示。随着占空比的增大, 电流也随之增大。LED的电流基本近似满足0.1*D/Rs1 (Rs1=0.143欧) 的关系。在555芯片输出高电平时, LED导通并发光;输出低电平时, LED截止, 但是由于频率设定大于100Hz, 人眼感觉不到闪光现象。

通过由示波器测得采样电阻Rs1的电压纹波系数小, 又由于电阻的电压与电流同相位说明通过LED的电流比较稳定, 从而保证了大功率LED在光学仪器中的无色偏性。

五、结束语

本文设计的可调光的大功率LED恒流驱动电路具有如下优点: (1) 大功率LED工作电流稳定, 并能进行过热自我保护; (2) 采用555芯片作为可调占空比的PWM信号发生器, 价格低廉, 使大功率LED发光均匀, 无色偏, 适合光电仪器的照明系统对光源的要求; (3) 散热效果好。

参考文献

[1]萧泽新.现代光电仪器共性技术与系统集成[M].北京:电子工业出版社, 2008

[2]蒋天堂.发光二极管的特性及驱动电源的发展趋势[J].上海:光源与照明, 2010.

[3]余发平.LED光伏照明系统优化设计[D].硕士学位论文.合肥:合肥工业大学, 2006.

[4]罗静华.大功率LED智能化照明控制系统设计.单片机与嵌入式系统应用[J], 2010

[5]陈雷.基于PT4115的大功率LED恒流驱动的设计[J], 北京:灯与照明, 2008.12