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                            農村道路LED照明驅動電源設計

                            2021-03-31

                            中國是個農業大國,隨著農村城市化進程的推進,廣大農民的生活條件正在發生著很大的變化,隨處可見的節能燈照明、老年代步車、太陽能浴池和4G網絡等,傳統意義上的農村在向著“城市化”方向發展。北京市新農辦開展的農村“三起來”工程建設中的“農村亮起來”工程,已經為數以百計的村鎮道路安裝了LED路燈照明。LED以其長壽命而著稱,但目前國內在關于LED壽命的宣傳上仍存在誤區,如把LED光源的壽命等同于整體燈具的壽命,理論上認為LED路燈的平均壽命在10萬h左右,但LED燈具包含LED光源、驅動電源和其他的附件,而驅動電源的正常壽命約2萬h[1]。往往維修人員在檢修不亮的LED燈具時發現LED光源并未損壞,而是驅動電源出現故障,因此在排除外界因素的影響下,LED照明系統中影響燈具壽命的因素往往是驅動電源。另外驅動電源的好壞也反作用于LED光源,驅動電源與LED光源要做到相互匹配才能使整體LED燈具達到理論壽命。而反觀現實中安裝的LED路燈,村與村之間的燈具來自不同的廠家,更有甚者同一個村中不同時期安裝的燈具其廠家和規格也不盡相同,這樣所帶來的后果就是在后期維護時,維修人員需要對各種廠家的LED燈具準備各自的零配件,造成準備時間過長,影響維修進度。由于農村道路安裝的LED照明燈具功率多為30W以下,因此該文從提高驅動電源壽命和兼容多個廠家LED燈具兩個方面考慮,并基于BP3309的特性,設計一款可為多個LED廠家適配的30W通用型LED照明驅動電源。1 LED光源1.1基本原理目前生產的白光LED光源,通常是將In Ga N基片和釔鋁石榴石(YAG)封裝在一起,In Ga N基片發藍光,YAG熒光粉受到藍光激發后發出峰值波長為550 nm的黃光,將其混合便是LED。光譜可覆蓋整個可見光區域,即包括從藍光到紅光的全部可見光,所得到的白光均勻穩定,接近于自然光[2]。國際照明協會規定LED的壽命是指光衰到70%以下就認為LED的壽命終結,并非LED光源不發光了。超過10萬h的LED光源還是會發出光亮的,光衰之后所發出的光大多都是黃色光,主要是因為In Ga N基片發出的藍光衰減所致。白光LED的結構如圖1所示。圖1白光LED的結構Fig.1 Structure of white LED1.2連接方式在大多數LED燈具中,由于單獨的LED光源不能滿足設計要求,產生不了足夠的光通量,往往需要使用多個LED光源連接到驅動電源上。常見的LED連接方式如圖2所示,可以采用串聯、并聯、串并聯和交叉連接方式。串行連接,LED鏈路兩端的總電壓等于各個LED正向電壓相加之和。隨著串入的LED光源的增加,其端電壓將會越來越高;另外鏈路中任何一個LED光源發生損壞,電路發生斷路,鏈路上所有的LED光源都會不亮。圖2常見的LED連接方式Fig.2 Common LED connection并行連接,總電流會分配到各LED支路中。但是,由于LED正向電壓會隨著溫度上升而下降,再加上每個LED光源都有細微的差異,導致隨著亮燈時間的增加,LED光源溫度逐漸升高,越來越多的電流將流到具有更低正向電壓的支路上去,這些支路上的LED光源將變得更亮,而那些具有更高正向電壓的支路將變得更暗。并聯配置(或串并聯組合)的一個優點是,在設計LED驅動電源時,可以受人為的控制使它的輸出電壓在一個安全范圍內。交叉連接,這種連接方式有著特有的優勢,避免了串行連接當中的LED鏈上一個LED或多個LED出現問題,導致電路形成開路,整條鏈上的所有LED都將不發光的情況。

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