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农村道路LED照明驱动电源设计

2021-03-31

中国是个农业大国,随着农村城市化进程的推进,广大农民的生活条件正在发生着很大的变化,随处可见的节能灯照明、老年代步车、太阳能浴池和4G网络等,传统意义上的农村在向着“城市化”方向发展。北京市新农办开展的农村“三起来”工程建设中的“农村亮起来”工程,已经为数以百计的村镇道路安装了LED路灯照明。LED以其长寿命而著称,但目前国内在关于LED寿命的宣传上仍存在误区,如把LED光源的寿命等同于整体灯具的寿命,理论上认为LED路灯的平均寿命在10万h左右,但LED灯具包含LED光源、驱动电源和其他的附件,而驱动电源的正常寿命约2万h[1]。往往维修人员在检修不亮的LED灯具时发现LED光源并未损坏,而是驱动电源出现故障,因此在排除外界因素的影响下,LED照明系统中影响灯具寿命的因素往往是驱动电源。另外驱动电源的好坏也反作用于LED光源,驱动电源与LED光源要做到相互匹配才能使整体LED灯具达到理论寿命。而反观现实中安装的LED路灯,村与村之间的灯具来自不同的厂家,更有甚者同一个村中不同时期安装的灯具其厂家和规格也不尽相同,这样所带来的后果就是在后期维护时,维修人员需要对各种厂家的LED灯具准备各自的零配件,造成准备时间过长,影响维修进度。由于农村道路安装的LED照明灯具功率多为30W以下,因此该文从提高驱动电源寿命和兼容多个厂家LED灯具两个方面考虑,并基于BP3309的特性,设计一款可为多个LED厂家适配的30W通用型LED照明驱动电源。1 LED光源1.1基本原理目前生产的白光LED光源,通常是将In Ga N基片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起,In Ga N基片发蓝光,YAG荧光粉受到蓝光激发后发出峰值波长为550 nm的黄光,将其混合便是LED。光谱可覆盖整个可见光区域,即包括从蓝光到红光的全部可见光,所得到的白光均匀稳定,接近于自然光[2]。国际照明协会规定LED的寿命是指光衰到70%以下就认为LED的寿命终结,并非LED光源不发光了。超过10万h的LED光源还是会发出光亮的,光衰之后所发出的光大多都是黄色光,主要是因为In Ga N基片发出的蓝光衰减所致。白光LED的结构如图1所示。图1白光LED的结构Fig.1 Structure of white LED1.2连接方式在大多数LED灯具中,由于单独的LED光源不能满足设计要求,产生不了足够的光通量,往往需要使用多个LED光源连接到驱动电源上。常见的LED连接方式如图2所示,可以采用串联、并联、串并联和交叉连接方式。串行连接,LED链路两端的总电压等于各个LED正向电压相加之和。随着串入的LED光源的增加,其端电压将会越来越高;另外链路中任何一个LED光源发生损坏,电路发生断路,链路上所有的LED光源都会不亮。图2常见的LED连接方式Fig.2 Common LED connection并行连接,总电流会分配到各LED支路中。但是,由于LED正向电压会随着温度上升而下降,再加上每个LED光源都有细微的差异,导致随着亮灯时间的增加,LED光源温度逐渐升高,越来越多的电流将流到具有更低正向电压的支路上去,这些支路上的LED光源将变得更亮,而那些具有更高正向电压的支路将变得更暗。并联配置(或串并联组合)的一个优点是,在设计LED驱动电源时,可以受人为的控制使它的输出电压在一个安全范围内。交叉连接,这种连接方式有着特有的优势,避免了串行连接当中的LED链上一个LED或多个LED出现问题,导致电路形成开路,整条链上的所有LED都将不发光的情况。

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