聶叢偉

摘 要：隨著半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，LED燈具憑借著光效高、色溫覆蓋范圍廣、智能控制等較傳統(tǒng)照明明燈具不可比擬的優(yōu)勢(shì)被越來(lái)越被更多的人接受與喜愛。特別是在重要場(chǎng)合、重要會(huì)議上的應(yīng)用也越來(lái)越加普遍，但是這些場(chǎng)合對(duì)燈光的不間斷工作有著嚴(yán)格要求，本文就是基于這個(gè)出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)了大功率LED燈具電源智能熱備份系統(tǒng)很好地解決了這一難題，達(dá)到了很好效果。

關(guān)鍵詞：LED燈具電源；智能；熱備份

一、LED燈具電源備份方案比較

大功率LED燈具備份電源的主要作用是：當(dāng)LED照明燈具的工作電源出現(xiàn)故障時(shí)，備份電源無(wú)間斷地投入工作，從而達(dá)到不影響照明效果的目的。常見的電源備份方案有冷備份、熱備份、智能熱備份。三種常見的電源備份方案工設(shè)計(jì)情況如下：

LED燈具冷備份電源設(shè)計(jì)： 冷備份方式是指照明燈具由兩個(gè)或多個(gè)功能相同的電源或驅(qū)動(dòng)模塊組成，照明系統(tǒng)啟動(dòng)后由其中一個(gè)電源模塊向LED照明光源供電，當(dāng)照明電源發(fā)生故障時(shí)，備份照明電源立刻啟動(dòng)并向LED照明設(shè)備供電。這種方式的缺點(diǎn)是備份電源的啟動(dòng)到輸出正常工作電壓需要一定的時(shí)間，容易造成輸出電壓出現(xiàn)較大的空歇，這樣以來(lái)會(huì)對(duì)LED光源、照明環(huán)境和照明效果產(chǎn)生嚴(yán)重影響。備份的電源正常情況下并不工作，只在工作電源出現(xiàn)故障時(shí)，也就是出現(xiàn)暗燈現(xiàn)象后，需要人為啟動(dòng)后投入工作。所以，該方案需要人為監(jiān)測(cè)，并且還需人為干預(yù)。所以，冷備份方案技術(shù)平較低，在實(shí)際照明工程中不被人們所采用。

LED燈具熱備份電源設(shè)計(jì)：備份的電源正常情況下也處于工作狀態(tài)，當(dāng)工作電源出現(xiàn)故障時(shí)，備份電源無(wú)間斷地投入工作。通常，LED熱備份電源設(shè)計(jì)中的直流電源中選用與工作電源型號(hào)相同的電源，甚至不需要區(qū)分和識(shí)別工作電源和備份電源，所有的電源輸出完全處于并聯(lián)狀態(tài)，而且均流輸出。當(dāng)其中任一電源出現(xiàn)故障，其它電源共同承擔(dān)全部載荷。各電源輸出間通過(guò)二極管隔離，故障電源不影響其它的輸出和運(yùn)行，整個(gè)系統(tǒng)可靠性很高。但是，這種形式的備份設(shè)計(jì)在某一電源出現(xiàn)故障時(shí)，不具有提示功能，多塊電源起不到很好的協(xié)同作用。

LED燈具智能熱備份電源設(shè)計(jì)：在設(shè)計(jì)某些要求等級(jí)高的照明系統(tǒng)時(shí)，要求其照明電源的備份采取智能設(shè)計(jì)。我們稱這種技術(shù)為L(zhǎng)ED智能熱備份電源設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)比上述的單純的熱備份系統(tǒng)有優(yōu)勢(shì)，單純的熱備份系統(tǒng)由于多塊相同型號(hào)的電源同時(shí)工作，會(huì)產(chǎn)生大量的熱。熱也是影響LED燈具可靠性的關(guān)鍵因素，另外二極管也會(huì)增加整個(gè)燈具的功耗。本文設(shè)計(jì)的智能熱備份電源系統(tǒng)是工作電源正常工作時(shí)，備份電源幾乎不工作，一旦工作電源出現(xiàn)故障，備份電源通過(guò)智能控制電路立即啟動(dòng)，并且在極短時(shí)間內(nèi)輸出和工作電源相同指標(biāo)的電壓、電流。并具有提醒工作人員的功能，工作電源已經(jīng)出現(xiàn)故障，備份電源已經(jīng)投入工作。

二、組成及工作原理

LED燈具智能熱備份電源系統(tǒng)有兩塊型號(hào)相同的開關(guān)電源組成，這種電源采取輸出電壓可調(diào)的電源、智能熱備份控制模塊、LED光源恒流控制模塊和警示模塊組成。電源參數(shù)是220V（AC）輸入，48V（DC）輸出，智能熱備份控制器有四個(gè)輸入接線端子和兩個(gè)輸出接線端子以及核心控制電路組成。LED光源恒流控制模塊實(shí)現(xiàn)的功能是輸出恒定電路1.255A，由于采用降壓恒流控制模式，要求恒流裝置的輸入電壓要求在46V（DC）以上。警示模塊采用無(wú)線發(fā)射模式。

LED燈具智能熱備份電源采用LTC 4416芯片作為核心控制器件，LTC4416芯片通過(guò)連接兩個(gè)外置MOSFET，來(lái)控制兩塊型號(hào)相同的電源的輸出。MOSFET的壓降一般在幾十個(gè)毫伏。因此，功耗非常小，比用二極管節(jié)能很多，同時(shí)也不會(huì)產(chǎn)生太多熱量，進(jìn)而很好地延長(zhǎng)了整個(gè)燈具的壽命。LTC4416在兩路輸入電源的電壓相同（差值小于100 mV）時(shí)，通過(guò)G1、G2控制兩個(gè)MOSFET同時(shí)導(dǎo)通，使兩路輸入同時(shí)給負(fù)載提供電流。當(dāng)輸入電源電壓不同時(shí)，輸出電源電壓可能高于某路輸入電源電壓，這時(shí)LTC4416可以防止輸出向輸入倒灌電流。這是因?yàn)樾酒恢北O(jiān)測(cè)輸入與輸出之間的電壓差，當(dāng)輸出側(cè)電壓比輸入側(cè)電壓高25 mV時(shí)，芯片控制G1或G2立即關(guān)斷MOSFET，防止電流倒流。

智能提醒功能采用短距離短、低功耗且傳輸速率不高的ZigBee技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸。通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)和自動(dòng)無(wú)線發(fā)送與接收功能，準(zhǔn)確及時(shí)地報(bào)告故障電源的位置。

智能備份電源的另一個(gè)創(chuàng)新之處，在于它能夠通過(guò)故障警示提醒備份電源中應(yīng)經(jīng)開始工作，意味著主電源出現(xiàn)了故障，提醒維護(hù)工人及時(shí)維修與更換。

三、LED燈具實(shí)際測(cè)試

采用智能熱備份的大功率LED照明燈具可以通過(guò)處于照明環(huán)境的人的感受來(lái)測(cè)試其效果，也可以采用示波器觀察。采用示波器觀察時(shí)，將示波器接在照明燈具的輸入端，觀察到工作狀態(tài)正常，認(rèn)為切斷其中一路的供電電源輸出。觀察示波器的現(xiàn)實(shí)波形和間斷時(shí)間間隔。

經(jīng)觀察得到，當(dāng)切斷一路輸出時(shí)，備份電源立即向LED燈具輸出電壓，在15毫秒之內(nèi)電壓達(dá)到正常值，燈具基本無(wú)任何變化。不會(huì)引起人們對(duì)照明環(huán)境的不適應(yīng)。實(shí)際測(cè)試還可以在照明燈具垂直向下的范圍內(nèi)，放置照度計(jì)測(cè)試照度變化，經(jīng)多次驗(yàn)證測(cè)試，切斷其中一路電源，備份電源啟動(dòng)工作這一過(guò)程，照度值有個(gè)輕微變化，變化范圍在±12%之間浮動(dòng)，并且在極短時(shí)間內(nèi)趨于設(shè)計(jì)值，基本對(duì)照明環(huán)境無(wú)影響。

四、結(jié)語(yǔ)

本文給出了一種實(shí)現(xiàn)大功率LED燈具智能熱備份電源的設(shè)計(jì)方案，其電路較為簡(jiǎn)潔、可靠。該電源設(shè)計(jì)方案解決的LED燈具在重要場(chǎng)合重要會(huì)議等環(huán)境下某一電源故障出現(xiàn)后很快切換，從而不影響照明效果，有利于提高LED燈具電源整體的可靠性。利用無(wú)線傳輸?shù)木狙b置，及時(shí)準(zhǔn)確地向維護(hù)工人傳達(dá)故障電源的狀態(tài)時(shí)該方案設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新之處。在LED大功率照明場(chǎng)所應(yīng)用中，還可以要仔細(xì)選取更為經(jīng)濟(jì)可靠的電源備份方案，以減小輸出電壓對(duì)LED光源的影響，同時(shí)還應(yīng)該考慮采用輸出電壓多點(diǎn)反饋方式，以補(bǔ)償切換開關(guān)對(duì)LED照明燈具的影響。

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