一種基于蓄電池供電的LED照明系統(tǒng)設計

　　1.2 B00st變換器及控制器改進

　　主電路示意圖如圖3所示。對于主電路，恒流控制的電流通過采樣電阻R將電流轉換成電壓，控制器通過開關管的開通與關斷，能夠實現(xiàn)恒定采樣電阻上的電壓，從而實現(xiàn)了恒定LED陣列的電流。如果能夠調節(jié)控制器恒定采樣電阻上的電壓值，則將實現(xiàn)LED的模擬調光?；谝陨纤悸?，對LTC3783進行應用改進，見圖4.

　　圖4中將采樣電阻端接控制器的FBN負反饋端，而非接采樣sense端。將參考電平Vref經分壓接入FBP正反饋端，再以可調電阻R2替代定值電阻。

　　要實現(xiàn)恒定采樣電阻上的電壓目標值，只需調節(jié)可調電阻。所恒定的LED電流值由所恒定的采樣電阻上的電壓值所確定。即：

　　通過以上對控制器LTC3783進行應用創(chuàng)新，實現(xiàn)了對LED進行模擬調光，同時實現(xiàn)了在需要更換LED陣列時，只要功率不過大，均無需重新設計電路。

　　再結合控制器本身的特性，本電路設計還可以對LED進行數字調光，對于功率從幾瓦到幾十瓦的LED陣列和端電壓范圍從6-36V的蓄電池均能正常工作。

　　變換器的設計應滿足以下要求：

　　(1)當以一個8串、每串20顆LED的陣列作為負載時：

　　輸出電壓Vo:60~66V

　　輸出電流Io:0.16A(恒定電流值)

　　工作頻率f:45kHz

　　當以12V蓄電池供電時：

　　電壓變比M:5-5.5

　　占空比D:0.800-0.818

　　當以24V蓄電池供電時：

　　電壓變比M:2.5~2.75

　　占空比D:O.600-O.636

　　(2)當以一個12串、每串12顆LED的陣列作為負載時：

　　輸出電壓Vo:36-39.6V

　　輸出電流Io:0.24A(恒定電流值)

　　工作頻率f:45kHz

　　當以12v蓄電池供電時：

　　電壓變比M:3-3.3

　　占空比D:0.667-0.697

　　當以24v蓄電池供電時：

　　電壓變比M:1.5~1.65

　　占空比D:0.333~0.394

　　調試時，只需調節(jié)可調電阻R2便可實現(xiàn)恒定的電流目標值，占空比會由控制器自行調整。Boost電路中的電容大小決定了負載電壓紋波大小，具體電容值可根據設計需要自行選取。電路中的電感值決定了電流紋波，為了便于系統(tǒng)參數的設計，通常都是設計系統(tǒng)工作于電流連續(xù)模式。本系統(tǒng)考慮在極端情況下，調光至10mA電感電流仍然連續(xù)，取值如下：

　　考慮一定的裕量，最終選取電感量為1.5mH.如果電感量選取過小，易導致當負載功率較大時，設計電路輸出功率不足，無法使負載正常工作。

　　1.3恒流控制

　　實際上，變換器的輸出電流不是完全恒定不變的，而是具有一定的紋波，如圖5所示。MOS管開通時輸出電流上升，關斷時下降。這里的控制策略就是當輸出電流達到設定上限時，將MOS管關斷，使得電流下降，直到下一個LTC3783控制器內部的觸發(fā)脈沖(頻率即為45kHz)到來時產生驅動信號將它再次開啟。具體所設置的電流可通過調節(jié)可調電阻實現(xiàn)。

　　由于直接對輸出電流進行采樣形成反饋，所以不論LED的V-I特性發(fā)生什么變化，都能由反饋形成調整，維持輸出電流不變。

　　2實驗結果

　　圖6(a)中的上波形是輸出電壓，下波形是開關管驅動波形，圖6(b)是與之相對應的采樣電阻輸出電壓波形，該波形中的尖刺是寄生電感和電容等引起的噪聲。圖6中兩組波形是以12V蓄電池供電，以一個8串、每串20顆LED的陣列為負載的實驗波形。

　　與前面計算的理論值：占空比D:O.800~0.818相吻合。經實驗，12V蓄電池供電下，以一個12串、每串12顆LED的陣列為負載，和以端電壓為24V蓄電池對以上兩種LED陣列進行供電時，占空比均與前面的理論分析值一致，并且能穩(wěn)定地工作。

　　因此證明了本系統(tǒng)對于大功率范圍內的LED陣列，使用端電壓范圍從6-36V的蓄電池均能正常工作。而且，在對產品進行維護--需要更換LED或需要更換蓄電池時，只要滿足上述要求，無需更換電路模塊，系統(tǒng)就能正常并穩(wěn)定地工作。

　　3結論

　　本電路設計可以同時對LED進行模擬調光和數字調光，并且本系統(tǒng)適用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，從而使得對產品進行維護--需要更換LED或是需要更換蓄電池時，只要滿足上述要求，無需更換電路模塊，系統(tǒng)就能正常并穩(wěn)定地工作。