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绿色照明光源LED的控制策略

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到应用,而由太阳电池、蓄电池、控制器和LED所组成的照明系统正越来越受到人们重视。可是由于太阳电池所产生的电能价格在目前来说是较为昂贵的,所以应对LED照明系统采用节电控制。本文主要讨论了几种LED控制方式,分析了这几种电路的工作原理,找出比较节电的控制方式,着重指出适合太阳能LED照明系统的控制方式绿色照明的第4代光源白色LED属于半导体发光器件。其发光机理、结构、生产工艺完全不同于白炽灯、荧光灯和HID灯。半导体发光二极管是一种注入式电致发光器件,作为一种新颖的半导体光源,其主要特点有111:低电压驱动、体积小、方向性好、结构牢固、光效高(目前己达10寿命长(20000h以上)、响应速度快等特性,是*有竞争力的新型节能光源之一。LED的能耗较小,是一种节能光源,目前白光LED的光效己经达到251mW,超过了普通白炽灯的水平,而且现在LED的技术发展很快。LED灯开创了家庭照明、公路照明、移动照明、军事照明、设备照明以及建筑用、舞台用、手术用等照明领域121.由于LED还有低紫外线辐射(不用带滤光玻璃)特性,使白色LED光源在照明中正逐步得到应用。采用太阳能光伏电源蓄电池、控制器和LED所组成的。太阳电池产生电能,在控制器的控制下对蓄电池充电,同样在控制器的控制下,将蓄电池储存的电能变为适当的电平驱动LED发光。在这样的系统中,由于太阳电池昂贵、蓄电池也价格不菲,加之它们体积大、重量重,提高效率尤为重要(实际上凡用LED照明,主要是想节能,非太阳能供电的LED照明系统也同样强调高效)从提高效率角度来考虑,太阳能照明系统主要有三个问题值得重点研究。其一是如何使太阳电池以*大功率给蓄电池充电的问题,其二是如何以*小的能量消耗使LED发出需要的亮度,其三是如何减少组合在一起LED的光效损失。关于**个问题将在以后的文章中介绍,本文重点讨论提高LED驱动效率的几种方法。由于单个LED所发出的光通量还不够大,因而无论用于照明还是用于信号,都的―照明装置或LED信信号装太阳电池大量LED以串联和并联的方式连接在一起使用(LED的低放热性允许将它们布置成紧密的陈列结构)这当然会增加控制的难度,但是它们的控制原理是相通的。 1直接控制方式LED直接进行控制方式电路如所示,图中R是起限流作用,VT控制LED工作,例如LED的额定工作电流是20mA,长期超过这个电流工作,容易使LED的半导体芯片烧坏。为保证LED的工作电流为20nA,可根据电源电压的大小及VT的管压降,确定限流电阻的大小。可以发现该控制方式容易按控制要求得以实现,但由于限流电阻R要消耗功率,电源电压越高,R所消耗的功率越大。例如大量TTL电路中使用5伏电源驱动,在电阻上要消耗掉50%甚至更多的电能。另一方面,若拟通过降低驱动电压或串联LED来降低电阻损耗,这在一定范围内有效,但是电阻太小时将难以起到稳流的作用,电压的少许波动就会导致发光亮度明显变化。 由于这种控制方式较为简单,所以是目前使用较多的一种LED控制方式。可是对由太阳能供电或其它以节能为目标的LED照明系统,这种控制方式是不科学的。 二极管导通后,电压略有提高,流过发光二极管中的电流上升很快,而发光二极管的发光强度随着电流的上升接近线性增加,发光强度随电流增加而线性上升的发光二极管适合在脉冲情况下工作,不易发热。在平均电流与直流电流相等情况下,脉冲工作发光强度更大,结合发光二极管响应速度快的特点,所以采用所示的控制电路,分析该电路的工作原理,可知在控制电压K为脉冲信号低电平时,VT截止,LED两端的电压为电源电压与电感反电势之和,所以电路为LED升压控制电路。当控制电压V;为脉冲信号高电时,控制管VT导通,流过电感中的电流为R为该回路的等效电阻,这就是说L越小、R越大,则电流上升越快,*大电流等于/R.当VT截止时,电流通过LED而不产生突变,使LED开始工作。电阻大,电流上升快,但*大电流小,电感的贮能小,因而供应电阻及LED消耗的时间就越短;而电感大,电流上升慢,电流还没有达到*大值,三极管已截止了,导致电感的贮能也小,从而供应电阻及LED消耗的时间就便短。这就需要该电路的参数与脉冲频率有个合理的匹配,使LED的*大脉冲工作电流应使芯片IN结区温度等于*高结温可以表述为/=AeUT,U是PN结两端的电压,I是流过二极管的电流,A是反向饱和电流,Ur称为温度电压当量,发光二极管的伏安特性如所示,由图碟以看出-当加电压大于阀值电压通电压和开关管的饱和压降及开关管的截止频率fT大小。、是电感数值不同而开关周期相同时所测的LED电压波形。从看到,电压波形是3降压控制方式降压控制方式电路如,分析此电路得知,当VT导通时,电流从电源E开始流经电感L和开关管VT到地,是电感电流建立的过程,其电流的变化规律可用公式(1)表述,当VT截止时,是将电感中的能量通过LED放电的过程,其放电电流的变化规律为一不连续的,说明在导通阶段电感中所贮存的电能不足以提供给LED,在电压波形中出现了振荡,由于光通密度是随电流密度的增加而成正比例增加,这样LED的发光亮度就会减弱,这表明脉冲频率和占空比的选取,应考虑电感大小,而电感过大,则在VT导通时,建立起电感电流的时间过长,这样在整个导通期间内,电感中所储存的能量不够大,导致LED的亮度降低;电感过小,虽然在VT导通时,容易使电感中的电流达到*大值,但电感中的贮能仍然不足以向LED提供足够的电能,这样也会出现电压波形振荡的现象,另外,开关管的截止频率影响开关管的导通时间,从而影响电感电流的建立过程,所以,应优化配置电路中的各种参数。是电感参数与控制电路中其余参数配置较为合理时的LED电压波形。 I是VT截止时的电流,R是电感的导线电阻与LED等效电阻之和,对同样的初始电流,R越大,4结论电阻的功率也越大,从而贮能就较快地被电阻消耗掉,由于LED的内阻是基本不变的,可以通过减小电感的内阻,达到节约电能;L越大,电感贮能越大,其放电时间越长,LED发光时间越长,随着放电时间的延长,放电电流逐步减少,流过发光二极管的工作电流也跟着降低,其发光强度也就减弱,为使LED有一定的发光强度,就应在控制脉冲频率和占空比时,考虑电源电压、电感大小、LED的开山。 的照明系统,一般在设计时,所配置的太阳能电池板和蓄电池是要满足在连续3~5天为阴雨天的情况下,要求仍能够正常照明。这样对于以上所讨论的三种LED控制方,直接控制方法是不经济的。 这三种控制方式都可用脉冲信号控制开关管的导通,在脉冲信号占空比不变时,脉冲的平均电流等于直流电流脉冲工作时能使LED发光更大,在求允许*大峰值电流时,需考虑LED的*大脉冲工作电流应使芯片PN结区温度等于*高允许结温,为了保证LED以脉冲工作方式的发光效率*佳,应优化配置控制电路中的各项参数。

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