led矿灯驱动电路设计(2)

在选择光源方面，通过对国家煤炭行业矿灯标准的查阅，目前单颗1W LED 光通量已达95 lm，作为矿灯光源绰绰有余。这里选用的是深圳市量子光电有限公司(Quantum)生产的高功率白光LED，型号50KBW610-01WM。采用锂电池供电的方式。

通过对文献的查阅，考虑到矿灯的各项指标和LED的电学特性，参考王光峰白光LED驱动电路的研究及其电路的设计、周志敏，周纪海，纪爱华编著.LED驱动电路设计与应用，设计出可靠的驱动电路系统。参考李健，田行．锂电池线性充电管理芯片LTC4054 及其应用、魏惠风.大功率LED路灯驱动电源设计选用了比较合适的充电电路。最后通过制图工具把驱动电路和电源系统进行组合和设计，设计出整个矿灯电路的原理图，进行测试，证明其可靠性。

1.4 论文的组成及原理框图

本设计先对LED的发展和在煤炭业作为光源的优势进行了介绍，然后对LED驱动特性及实现方法进行了讨论，最后设计出了LED矿灯的驱动电路和电源系统，整合为LED矿灯整体电路系统。图1.1为LED矿灯驱动电路设计的组成框图。

图1.1 LED矿灯驱动电路设计原理框图

2 LED在矿灯照明的发展和行业标准

2.1 LED光源带动照明产业革命

近年来，半导体照明技术发展迅速。作为半导体照明技术的核心产品LED(发光二极管，以下都称LED光源已对照明领域产生了深刻的影响，被誉为继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代照明光源。在2007 年举行的第11 届国际电光源会议上，LED大放异彩，成为国内外照明技术学者讨论的焦点。

目前，世界照明用电占总发电量的10%以上，所以提高照明产品的效率有很大的节能、环保意义。而作为第四代照明光源的LED就是在效率上相对传统光源有较大优势。世界各国都竞相投入大量人力、财力对LED进行研究，我国也对这一新兴领域高度重视，将对LED光源的研究纳入重点科技发展规划当中。目前来看，占主导地位的照明光源仍是荧光灯。白炽灯已被某些西方国家禁止使用，正在退出历史舞台。

我国也承诺在十年以后禁用白炽灯。而由于成本的原因，LED在照明市场上还不太突出，但是这种光源寿命长，效率高，从长期来看并非在成本上有很大劣势，而且随着技术的不断进步，这种光源的成本将越来越低。实际上在很多西方国家，LED已具有一定的市场规模。可以预见，LED的发展前景是相当好的。照明领域普遍认为LED有很大的潜力，很可能将替代传统光源。由于发展前景巨大，LED光源已掀起了一场照明产业革命。国内外大量的研究机构都已制定了LED的长期发展战略，加快了LED的商业化步伐。相信不久的将来，LED必能走进千家万户。

2.2煤炭行业的矿灯标准和设计注意事项 中华人民共和国煤炭行业标准对矿灯制定了严格的要求。矿灯主要应用在煤矿，煤井和地下的工作场合，由于特殊的工作环境要求要绝对的安全，所以矿灯设计对安全的考虑非常重要。国家煤矿安全委员会对矿灯的安全作出了一些标准和要求，包括：1）在矿灯的设计电路中，所有的电压必须小于8V，包括输入电压，输出电压和变换所需的中间电压。2）矿灯的灯必须是主副两组，而且是完全独立控制。主灯用于大部分时间的照明应用，因此主灯需要的电流较大，且时

间较长不小于11小时。副灯主要在主灯不能工作的时候辅助工作，电流一般较小，且工作时间较长，不低于30小时。3）特殊的应用环境要求所有的控制电路不能在工作时产生电弧或者电火花，避免发生瓦斯爆炸。

这里矿灯设计主要包括电路，光学的设计。故先将标准中的相关要求归纳如下。

灯头内应至少设置两个光源，即主光源和辅助光源，这里都使用LED做光源。主光源应满足的要求列于表2.1中。辅助光源要求额定功率不小于0.4W。

表2.1 国家标准对矿灯主光源的要求

由于矿灯使用在一些特殊的行业和环境，所以设计矿灯必须注意以下事项： 近年来锂离子电池得到快速发展，而且与传统铅酸电池相比，锂离子电池具有体积和容量上的优势，这使得目前大部分的矿灯生产和设计厂商都选用锂离子电池作为矿灯的电源。由于锂离子电池的电压范围是3.6V到4.2V，所以只能使用单个锂离子电池作为矿灯的能源。包含多个电池的电池包会超过矿灯要求的8V电压，此外也不允许使用传统的电感式升压电路和电容式升压电路。

由于灯具有主副两组且是独立控制的，所以两者的控制方式不能相互干扰，更为重要的是，为满足长时间的工作要求，控制电路必须具有很高效率。

为避免高电压产生电弧或者火花，控制开关都要求接在地上，而不是接在电源线，以免由于开关而产生电弧或者电火花。

2.3将 LED作为矿灯光源的优势

LED用作矿灯光源具有很大的优势。主要体现在以下几个方面：

1）安全性

LED可靠性高，抗震能力强，结温低。这些特性对于矿灯应用都是极其合适的。

矿灯是矿工的生命，如果在井下作业出现矿灯失效将是极其危险的。而LED

恰恰具有高可靠性，使用中失效的情况极少发生。它的抗震性好，即使在井下作业受到冲撞也不易出现故障。LED在工作时PN 结的结温在130℃以内，而封装壳体表面的温度则只有几十度，而且封装壳体不易破碎。所以LED本身几乎不可能引起瓦斯气体的爆炸。而这个问题曾经恰恰是白炽灯在矿灯上应用的一大安全隐患。

2）节能

LED的发光效率相当高，目前已达95 lm/W，使用1W的LED用作矿灯光源绰绰有余。使用较小功率的LED可以达到与传统光源相同甚至更好的照明效果，还更容易获得长的使用时间，这对长时间的井下作业是相当有利的。

3）体积

LED本身的尺寸小，而使用LED 制作的矿灯往往使用体积小重量轻的锂电池作为电源，所以整个照明系统相当轻便。常见的产品可以直接挂在胸前或戴在头顶，给矿工带来了很大便捷。

4）寿命

LED具有其它光源无法比拟的长寿命，即使大功率的LED，其寿命也6000h以上。使用LED的矿灯几乎不用更换灯泡，省去了维护工作。以上是在矿灯中使用LED比较突出的优点。除此之外，LED接近于点光源，这对于系统的光学设计也是很有利的。

综上所述，LED作为矿灯光源是相当合适的。

3 LED驱动特性及实现方法

3.1直流控制

LED是由电流驱动的器件，其亮度与正向电流呈比例关系。有两种方法可以控制正向电流。第一种方法是采用LED V-I曲线来确定产生预期正向电流所需要向LED施加的电压。其实现方法一般采用一个电压电源和一个镇流电阻器。图

3.1说明了这种方法。如下所述，此方法有多项不足之处。LED正向电压的任何变化都会导致LED电流的变化。如果额定正向电压为3.6V，则图3.1中LED的电流为20mA。如果电压变为 4.0V，这是温度或制造变化引起的特定压变，那么正向电流则降低到14mA。正向电压变化11％会导致更大的正向电流变化，达30％。另外，根据可用的输入电压，镇流电阻的压降和功耗会浪费功率和降低电池使用寿命。

图3.1带镇流电阻的电压电源导致效率降低和正向电流失配

第二种方法是首选的LED电流调整方法是利用恒流电源来驱动LED。恒流电源可消除正向电压变化所导致的电流变化。因此可产生恒定的LED亮度，无论 正向电流如何变化。产生恒流电源很容易。只需要调整通过电流检测电阻器的电压，而不用调整电源的输出电压。图3.2说明了这种方法。电源参考电压和电流检测电阻器值决定了LED电流。在驱动多个LED时，只需把它们串联就可以在每个

LED中实现恒定电流。驱动并联LED需要在每个LED串中放置一个镇流 …… 此处隐藏：3396字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……