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(多图) 无线LED照明驱动系统方案设计

唐嘉铭?? 郑阳?? 李晖?? 李志芳?? 福建师范大学光电与信息工程学院?? 2015年01月26日 ?? 收藏2
LED 光源近十年来发展达到了新月异的程度,很快应用到汽车、建筑物、医疗、景观照明等终端市场,LED 照明变得比传统照明更加可靠及高效, 在市场上也越来越普及。但LED 的安装使用却受到输电线铺设的束缚,影响了其使用场合的灵活性;同时,由于LED 本身,驱动源的高频变压器、功率开关管等非线性器件的存在,会导致引入电网中的谐波电流增大,影响电网供电质量。而目前却少见有同时考虑降低无线供电给电网带来谐波影响的无线LED 照明等成套的系统报道。因此本文给出了一套具有谐波补偿功能的LED 无线驱动方案。该方案能在方便LED 灵活安装的同时,根据光照的采集反馈来调节LED 至合适亮度。这些对LED 的普及,提高供电安全性和可靠性,高效节约电能都将十分有益。

1 系统的总体设计

本系统主要有:无线供电模块、恒流驱动源模块、有源电力滤波器(APF)模块、控制电路,系统总体框图如图1 所示。其中,逆变装置、整流滤波2 构成无线供电模块;正激变换电路、整流滤波3 构成恒流源驱动模块。MCU 通过光电池进行光照采集对输出电流进行反馈调节以使输出稳压、恒流。APF通过主控制器输出电流来抵消由无线驱动模块注入电网的电流谐波,以改善输入端电能质量。

图1 系统整体结构图
图1 系统整体结构图

2 系统电路设计

2.1 无线供电系统设计

无线供电系统由控制端、发射端、负载整流电路组成,分别通过电磁耦合(近距离传输方式)和电磁共振(远距离传输方式),实现无线供电,系统结构图如图2 所示。

图2 无线供电系统结构图
图2 无线供电系统结构图

发射端主要由逆变器和传输通道组成。逆变器负责将直流电(DC)转化为交流电(AC)的装置,它由逆变桥、控制逻辑和滤波电路组成。近距离逆变频率为200~500 kHz,通过电磁耦合的方式传输,使用U 形松耦合铁氧体磁芯隔离实现无线供电,如图3。

图3 近距离传输
图3 近距离传输

远距离逆变频率为1 MHz,通过电磁共振的方式传输,采用空心变压器耦合, 将初级和次级分别缠绕在圆筒上,作为传输介质,达到远距离电能传输,如图4 所示。

图4 远距离传输
图4 远距离传输

本系统通过智能切换传输方式,达到稳定的高效传输电能。次级在初级等效电阻与距离的关系如图5,z 为阻抗,L 为距离,只有在L0 的位置等效阻抗为最小。根据此原理,当接收距离远离L0 时,阻抗增大,初级电流减小,通过霍尔电流传感器采集初级输入电流大小,判断模式的切换。

图5 次级在初级等效阻抗
图5 次级在初级等效阻抗


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无线供电? 高精度恒流源? 谐波补偿? LED照明?

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