蓄电池供电功率可调的LED升压驱动电源的设计

时间:2022-09-29 11:42:54

蓄电池供电功率可调的LED升压驱动电源的设计

摘要:文章提出了一种利用蓄电池供电LED光源功率可调的驱动电源的设计方案。电源采用芯龙公司生产的升压高效率驱动大功率LED全集成开关型变换器XL6006,可支持多并多串LED光源,LED光源功率范围在6W-48W之间; 外部扩展电路采用555定时器产生PWM信号实现了功率可调,经测试系统转换效率高达90%以上,具有功耗低、性能稳定等特点。

关键词:LED;XL6006 ;555定时器;PWM

目前,太阳能路灯应用日趋广泛,太阳能路灯采用蓄电池供电,供电电压一般在12.6V左右,采用大功率LED光源取代了传统的无极灯和钠灯,LED照明光源功率一般在10W到60W之间,需要的驱动电压与LED灯珠串联数相关,电压一般均在15V以上,需要的驱动电流与LED并联数相关,一款好的驱动电源能够有效的提高蓄电池的使用寿命,减小大功率LED光源的光衰,因此,设计一款蓄电池供电功率可调的LED驱动电源,具有很好的应用价值。

一.功率照明LED的特性

大功率照明LED利用PN结发光的原理,PN结加反向电压,少数载流子难以注入,故不发光。当PN结处于正向工作状态时(即两端加上正向电压),电流从LED阳极流向阴极时,半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线,光的强弱与电流有关[1]。目前,路灯LED灯具均采用1W功率LED芯片,采用多串多并的方式构成不同功率的光源。1WLED光源的正向工作电压一般情况下为3.2V,正向工作电流IF一般为350mA。功率LED芯片是低电压、大电流驱动的器件,其发光强度由流过LED的电流大小决定。电流过大会引起LED光衰减,电流过小会影响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。在LED照明领域,为体现出LED灯节能和长寿命的特点,正确选择LED驱动IC至关重要。没有好的驱动IC的匹配,LED照明的优势无法体现出来。

二.功率LED驱动电源的设计

(一)XL6006简介

XL6006是芯龙公司设计的一颗突破传统电路拓扑结构,结合HVBCD工艺,大电流,高压DC/DC升压恒流LED驱动IC,有如下特点:1.具有较宽的直流3.6V到32V输入电压范围(低压可以兼顾锂电供电)2. 最高升压可到60V,可驱动串联16颗1W LED;3. 最大开关电流5A,可驱动0~50W功率的LED;4. EN脚可实现PWM调光,且自带软启动功能;5.低至0.2V参考电压,可以有效提高系统效率 6.输出60V过压保护功能; 7.内置过热保护功能。其优势为:宽电压输入,大电流输出,电路简单。 XL6006应用简单,其普通DC/DC升压拓扑结构,效率高达95%,适用于基于LED的汽车、路灯、太阳能灯及LED背光驱动的应用。

(二)XL6006电路设计

XL6006是一个180KHz的固定频率PWM降压DC-DC转换器,5A开关电流能力,该电路应用简单,外部元器件比较少。鉴于LED领域的系统需求,内部除了常规的限流电路,过温度保护,开路保护外,还内置了专用LED的CC。CC是通过电阻RCS测量LED电流并实现电流模式控制,在正常工作情况,LED电流由0.22V的PWM控制器内部参考电压除以RCS电阻值所决定。即I=0.22V/RCS,因为RCS两端的电压降在正常工作条件下将一直保持在0.22V,OVP是芯片内部有开路保护,保护电压52V左右,芯片外部通过电阻R1和R2测量输出电压并实现电压模式控制,实现二次开路保护,一般OVP设置为比正常输出电压高20%。在芯片正常工作的时候,CC起作用;当CC这一路出现问题,OVP钳位输出电压,使LED不会承受较大功率而烧毁。PWM调光这一块也可以调节1脚EN来实现,EN的逻辑关系是一旦这一点电位高于1.4V,芯片输出正常。低于0.8V芯片不工作。由于芯片本身的频率只有180K,内置软启动电路电路,所以在一定占空比的条件下,PWM 调光的速率不应该太快,建议在100KHZ-300KHZ;也可以通过FB来实现对芯片的PWM调光控制,高电平高于1V,芯片关断,低于0.3V,芯片开启[2]。XL6006电路如图1所示。

XL6006电路采用了4位拨码开关,分别连接了4个高精度低阻值电阻,4个电阻的阻值分别为0.15欧、0.18欧、0.24欧、0.36欧;根据官方公司提供的公式I=0.22V/RCS可知,4路的电流分别为1466mA﹑1222mA、917mA、611mA, 可以分别支持5并﹑4并、3并、2并LED光源。L1为大电流磁环电感,用于升压;SS36为4A肖基特二极管,D10为56V稳压管,R19电阻用于空载时对XL6006芯片进行保护;BV+ BV-为蓄电池接入正负极,LV+ LV-为LED光源的正负极。D11是PWM信号的接入单向二极管,防止信号反串。

(三)功率调节电路设计

PWM是脉宽调制的缩写,实际上是脉冲波形,其最重要的一个技术指标是占空比。占空比是指脉冲波形中,高电平时间在周期里所占的比例。如果用PWM波作为驱动信号,可以控制送到负载上的“等效电流”值,通过调节PWM波的占空比,调节负载上的等效电流,又因为LED光源的光的强度与通过的电流有关,所以调节调节PWM波的占空比,即可调光。

因此调光电路的设计就是要设计产生占空比可调的PWM信号的电路,利用555定时器可以容易的产生PWM信号。占空比可调PWM信号发生器电路如图2所示。

如图2所示,555定时器与R1、R2、W1、D1、D2和C1组成了无稳态多谐振荡器,D1和D2分别为充电放电的导引管[3]。

以上公式不管W1如何调节,脉冲周期是不变的,占空比是变化的。

三.结束语

本设计的太阳能路灯LED驱动电源性能稳定,可支持多并多串LED光源,LED光源功率范围在6W-48W之间;并采用555定时器产生PWM信号实现了功率可调,经测试系统转换效率高达90%以上,具有功耗低、性能稳定等特点。目前已经进入大批量生产,并取得了较好的使用效果。此解决方案对从事太阳能相关产品的研发具有一定的参考价值。

参考文献:

[1]周志敏.周纪海.纪爱华 LED驱动电路设计与应用[M].人民邮电出版社. 2008.1

[2]陈永甫. 555集成电路应用800例[M].电子工业出版社. 1992.2

作者简介:罗倩倩(1982-),女,湖北潜江人,讲师,硕士,主要研究方向:IP网络通信技术。

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