一種基于蓄電池供電的LED照明系統設計

　　Boost電路不但能夠升壓，而且拓撲本身所需元器件少，有利于提高效率，非常適合需要以蓄電池對LED供電的應用。通過(guò)對控制器LTC3783應用創(chuàng )新，實(shí)現了對LED進(jìn)行模擬調光和數字調光。并且所設計的系統對于功率從幾瓦到幾十瓦的LED陣列、端電壓范圍從6-36V的蓄電池均能正常工作，而且對產(chǎn)品進(jìn)行維護--需要更換LED或是在需要更換蓄電池時(shí)，只要滿(mǎn)足上述要求，無(wú)需更換電路模塊，系統就能正常并穩定地工作。

　　前言

　　由于具有高發(fā)光效率、高可靠性、長(cháng)壽命等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)光二極管(LED)在照明、信號顯示、顯像等領(lǐng)域應用越來(lái)越廣泛，被廣泛認為是一種取代白熾燈、熒光燈等傳統光源的新型光源。

　　驅動(dòng)LED有多種方法，而最簡(jiǎn)單的方法就是將LED與限流電阻串聯(lián)，再以電壓源供電。這種驅動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，但是也存在不少缺陷。首先是效率低，降壓電阻會(huì )消耗大量電能，甚至有可能超過(guò)LED所消耗的電能;其次是穩定電壓能力極差，而LED的V-I曲線(xiàn)具有負溫度特性，隨著(zhù)結溫的升高，流過(guò)LED的電流會(huì )越來(lái)越大。所以，如果驅動(dòng)電流得不到控制，LED很容易被燒毀，即使沒(méi)有燒毀，壽命也會(huì )大大縮短。所以，驅動(dòng)大功率LED時(shí)，電流控制是必需的。除此之外，LED光源的照度直接與電流相關(guān)，所以控制LED的驅動(dòng)電流，其照度也將得到控制。

　　1 系統設計

　　系統的原理框圖如圖1所示。供電電源為鉛酸蓄電池，負載為L(cháng)ED組成的陣列，使用LTC3783作為控制器，實(shí)現PWM控制。本電路設計可以同時(shí)對LED進(jìn)行模擬調光和數字調光。并且本系統對于功率從幾瓦到幾十瓦的LED陣列、端電壓范圍從6-36v的蓄電池均能正常工作，從而使得在對產(chǎn)品進(jìn)行維護--需要更換LED或需要更換蓄電池時(shí)，只要滿(mǎn)足上述要求，無(wú)需更換電路模塊，系統就能正常并穩定地工作。

　　由于發(fā)熱量、散熱技術(shù)等多方面的限制，使得單顆LED的功率不能像傳統光源那樣做得很大，功率為1w的LED即為大功率LED了。實(shí)際應用中，通常使用多顆小功率LED組成的陣列來(lái)滿(mǎn)足較高的照度要求，并實(shí)現低成本，如圖2所示。

　　應用LED陣列還有另一個(gè)顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。我們知道LED可能會(huì )因某些故障發(fā)生短路和斷路。當某個(gè)串，聯(lián)支路中的LED發(fā)生短路時(shí)，該支路中其他的LED仍然能夠正常工作。盡管通過(guò)LED的電流可能上升，但是由于LED的數量較多，上升的電流不大，上升后的電流仍不會(huì )超出LED允許的工作范圍。當某個(gè)串聯(lián)支路中的LED發(fā)生斷路時(shí)，該串LED熄滅。

　　但由于陣列由多個(gè)LED串組成，其他LED串仍能工作，并分擔熄滅的LED串中的電流，但是由于LED的支路較多，上升的電流不大，上升后的電流仍不會(huì )超出LED允許的工作范圍。所以很明顯，LED陣列相對具有更高的穩定性和可靠性心1.而且，對于特定數目的LED陣列，當使支路數目和支路中的LED數目相一致時(shí)，將更有利于提升LED組件工作的可靠性和穩定性。

　　實(shí)驗中制作一個(gè)8串、每串20顆LED的陣列和一個(gè)12串、每串12顆LED的陣列。使用的LED為O.1w子彈頭形LED，額定正向壓降范圍為3.0-3.3v，額定正向電流范圍為10一30mA.實(shí)驗中將LED設計工作在20mA，這樣可以減小散熱量，并在LED出現短路故障時(shí)能夠有足夠的電流裕量。