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永乐国际手机网页版:大功率白光LED的双支路DCDC并联供电系统设计



跟着人们对节能环保型光源的需求以及白光LED(LightEmittingDevices)制作工艺的进步,高效率、低功耗、长命命的绿色光源白光LED将徐徐替代传统白炽灯和荧光灯等照明设备,成为下一代照明设备的首选。在照明的同时,使用白光LED进行室内外可见光通信(VLC:VisiblELightCommunicaTIon)也是近年来新兴的一种短途无线通信技巧。笔者钻研了基于白光LED的VLC通信技巧与系统,实现了短间隔数据传输。为了实现白光LED的照明和通讯双重功能,大年夜电流、高效率、长命命的供电系统是关键,既要满意高速可见光通信需求(要求对LED供给高速调制旌旗灯号以形成MHz的亮度调制),又要满意大年夜电流的视觉亮度需求(即可对LED供给稳定的直流事情点)。合理的直流偏置可为LED供给最佳的线性调制区,前进调制深度,进而可改良通信机能。与线性电源比拟,DC/DC(DirestCunent)开关电源具有效率高的上风,成为电源设计的首选。为满意白光LED的高效照明和高速通信的必要,同时也为延长电源应用寿命,笔者设计并研制了一种推挽式高效均流双DC/DC并联供电系统。

系统布局和道理

大年夜功率白光LED的供电系统需供给大年夜电流并具备高稳定性,比拟多歧路并联供电系统而言,在一致电流需求下,单歧路供电系统需供给的电流更大年夜,是以单歧路型电源的寿命短。鉴于此,设计了双歧路DC/DC并联供电系统,两个歧路实现分流事情,既前进了效率,又延长了应用寿命,具有传统驱动系统弗成相比的优点。

设计规划如图1所示,采纳两个DC/DC歧路同为Buck型降压电路、电子开关实现歧路电流调节、PWM(PulseWidthModulaTIon)驱动旌旗灯号占空比实现稳压、霍尔电传布感器并辅以调剂、对照、延时等电路实现过流保护。所设计的驱动电源包括4部分:双DC/DC并联模块;电压、电流采样模块;过流保护及自规复模块;ARM7(LPC2148)主控模块。图1中(1)为DC/DC歧路2的节制旌旗灯号PWM2,其占空比抉择歧路2的输出电压;(2)为DC/DC歧路1的节制旌旗灯号PWM1,其占空比抉择歧路1的输出电压;(3)为均流节制旌旗灯号PWM3.系统事情道理是:使用两PMOS(P-channelMetal-Oxide-Semiconductor)电子开关(Electronicswitch1、Electronicswitch2)实现两歧路均流,经由过程采集输出电压并调节PWM1和PWM2的占空比实现稳压,经由过程霍尔电流传感器并辅以调剂、对照、延时等电路实现过流保护。

系统的模块化设计

2.1DC/DCBuck型稳压电路

两个DC/DC歧路采纳PWM(PulseWidthModulaTIon)节制的Buck型降压电路(见图2).图2中OUT1为歧路1的输出电压,OUT2为歧路2的输出电压。使用电感电容的储能特点,跟着PMOS管不绝地导通和关断,具有较大年夜电压颠簸的直流电源能量断续地颠末开关管,暂时以磁场能形式存储电感器中,然后经电容滤波获得继续的能量传送到负载,获得脉动较小的直流电压,实现DC/DC变换。

PMOS管型号为SI4405,PMOS驱动器为ADP3624;PWM1、PWM2为由ARM7孕育发生的频率固定、占空比可调的方波旌旗灯号,可分手调节两DC/DC歧路的输出电压。为获得稳定的输出电压,采取如下设计规划:

1)合理选择PWM频率,有效低落输出电压的纹波系数,设计中取为20kHz;

2)当负载变更时,经由过程谋略输出电压(由AD采样得到)与目标值的差值大年夜小,采纳隐隐PID(ProporTIon-Integral-Derivative)算法,调节PWM1、PWM2的占空比,在较短光阴内,调剂输出电压至所需的稳定值。

两个DC/DC歧路的均流规划如下:在两个DC/DC歧路的输出端分手接高速PMOS电子开关,使用ARM7输出一个50%占空比的方波旌旗灯号(PWM3)节制一起PMOS电子开关,同时使用该方波旌旗灯号的反信托号节制另一歧路的PMOS电子开关。因为两歧路输出电压相等,且在推挽模式下各事情50%光阴,进而可实现均流感化。

2.永乐国际手机网页版2电流及电压采集模块

采纳霍尔传感器(ACS712-20A)丈量LED电流,它是使用霍尔效应制成的传感芯片,最大年夜可测电流为20A,满意白光LED照明时所需的大年夜电流要求。该器件内部集成正确的低偏置线性霍尔传感电路,且其铜制的电流路径接近晶片外面,经由过永乐国际手机网页版程该铜制电流路径施加的电流能被集成霍尔芯片感应并转化为比例电压输出。经由过程标定霍尔传感器的输出电压与流经电流的关系,就可确定流经LED的电流大年夜小。因为ACS712-20A的输出电压及被测电流间的反映灵敏度较低,故设计了一个灵敏度增强电路,主放大年夜器为LM358,该电路可将灵敏度前进约3.3倍。使用AD转换芯片ADS1100采集负载两端电压,实现反馈节制。

2.3过流保护及自规复模块

该并联均流供电系统具有过流保护及自规复功能,实现道理如图3所示。其事情历程如下。1)将霍尔电传布感器输出的电压旌旗灯号经由过程比例放大年夜、电压对照后孕育发生永乐国际手机网页版用于驱动继电器的旌旗灯号。2)假如电流跨越LED遭遇能力,则对照器输出高电平,此时继电器驱动器2急速动作,同时将DC/DC主电路的K1和负载回路的K2断开(避免DC/DC储能电容继承向负载充电),形成双重过流保护。3)因为当DC/DC主电路以及负载回路关断后,霍尔电传布感器输出电压不能使对照器继承输出高电压,以是继电器驱动器2无法使K1和K2继承断开。为更长光阴保护电子线路不受毁坏,设计中加入了延时保护电路,即当电压对照器输出高电日常平凡(继电器驱动器2已事情),向一个储能电容充电(因为充电光阴常数小,充电历程很短).当继电器驱动器2竣事事情时,该充电电容经由过程放电感化会使继电器驱动器1在较长的光阴内继承动作,从而维持K1和K2持续断开,形成延时保护(K1和K2由继电器驱动器1和2双重节制,随意率性一个事情时,都可使二者断开).4)当继电器驱动器1或2事情时,可点亮LED,发出报警旌旗灯号。5)当继电器驱动器1和2均不事情时,继电器开关K1和K2吸合,LED报警灯灭,实现自规复。

实验结果与数据阐发

3.1大年夜功率白光LED与高效均流并联供电系统的集成

测试所制作的双DC/DC并联供电系统的机能,采纳3W大年夜功率白光LED(额定电流750mA、额定电压4.0V)做了驱动实验与机能测试,LED的照片如图4所示。将大年夜功率白光并联供电系统、大年夜功率白光LED、数据编码模块、Bias-Tee耦合模块以及按键/唆使灯等进行了系统集成,研制了兼具照明与通信双重功能的通信装配(见图4b).使用该装配,对给出的并联供电系统进行了实验。

3.2照明状态时的均流特点实验

经由过程按键分手设定驱动器输出电压为0.5V、1.0V和3.0V,接上白光LED,分手读取两个DC/DC歧路的事情电流I1和I2、LED两真个事情电压U0以及流经LED的事情电流I0,其测试结果如表1所示。

定义输出电压偏差

此中U0,exp为实验测得的输出电压,U0,the为理论设定的输出电压。定义两歧路电流误差

由表1可见,测得的实际电压与设定值比拟,3次丈量的偏差小于2%,两歧路电流的误差小于1%,实现了很好的稳压与均流效果。

3.3照明状态时的电源效率实验

定义供电电永乐国际手机网页版源的效率为

此中Ii和Ui分手该系统的输入电压和输入电流。在表1所示的3种驱动环境下,分手丈量了电路输入电压,输入电流,输出电压和输出电流,进而谋略出供电效率,其结果如表2所示。当电源输出电压较小时,电源的效率较小,当输出电压增大年夜时,电源效率增大年夜,可达80%以上。

3.4可见光通信状态时输出电压的线性区测试

当白光LED处于通信模式时,为包管通信质量,必要供给稳定、线性的驱动电压。为验证该供电系统的线性特点,将其用来驱动白光LED,同时应用可见光PIN探测器测试了探测器的相应。实验测得的PIN探测器输出电压随白光LED驱动电压的关系如图5所示。可以看出,当驱动电压小于1.6V时,白光LED进入非线性事情区。是以,当将该供电电源驱动白光LED进行可见光通信时,应使其输出电压(亦即Bias-Tee的直流输入电压)调剂至线性区中心点(亦称为线性事情点),约为2.7V。

3.5动态相应测试

当应用该双DC/DC并联供电电源驱动白光LED时,笔者钻研了当电源上电和关电时,LED两端电压的瞬时变更特点,丈量结果如图6所示。可以看到,因为DC/DC电源输出端电容的储能感化,输出电压在上电和关电时并不存在尖峰和毛刺征象,是以,不会毁坏LED.别的,从相应曲线可以看出,当电压从0上升至稳定的1.6V时,上升光阴约为20s,关电降至0的下降光阴约为65s。

3.6比较评论争论

在仅保留一个DC/DC歧路事情时,就构成了单歧路供电电源系统。针对单歧路供电系统和双歧路供电系统,笔者经由过程实验永乐国际手机网页版进行比较阐发,结果如表3所示,设定输入电压为12V,输出电压为3.0V。从效率来讲,因为双歧路应用了更多的电学元件,这将耗散更多的功率,其效率比单歧路电源系统略低。

然而,双歧路中各DC/DC歧路交替事情,各歧路耗散的功率仅为单歧路的一半。因为器件的寿命与耗散功率有关,且功率越大年夜,寿命越短,是以,在正常事情要领下,双歧路电源系统的寿命将比单歧路电源系统的寿命长。

结语

经由过程对两个Buck型DC/DC电路进行并联,并结合PID节制算法,设计并研制了一种用于驱动大年夜功率白光LED的高效均流供电系统,并使用该并联电源对白光LED进行了驱动以及测尝尝验。实验结果注解,电源实际输出电压与设定值的偏差小于2%,两歧路电流的误差小于1%,电源供电效率可达到75%~80%。在电源开启和关断瞬间,输出电压无尖峰征象。当输出电压设为1.6V时,上升和下降光阴分手约为20s和65s。因为两个DC/DC电路交替推挽事情,是以,该电源具有较长的应用寿命,从而在LED照明和VLC系统中具有优越的利用前景。

责任编辑;zl

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