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[关键词]LED 照明技术 飞机
中图分类号：TM923 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）13-0173-01
飞机安全无论在航运上还是国防上一直都是航空体系中的重点关注项目，飞机在起飞、巡航、落地的过程中需要应用到照明系统，尤其在夜间飞机起航，照明系统就是一个安全指示信号。目前在飞机照明系统中的外部系统LED照明是使用效果最好的，在光照强度、使用寿命、节能上都能要到必备要求。
一、照明系统技术现状及发展分析
（一）飞机照明系统技术现状分析
飞机的照明系统在分类上分为内部照明系统和外部照明系统两种，外部照明系统是关键，主要采用的是疝气灯、白炽灯等光源。由于照明技术在飞机设计时需求不同，所运用到的技术也存在差异，使用过程中仍有缺陷。通常飞机的探冰灯、航行灯用的是卤素灯和白炽灯设计，在好天气里航行基本上灯光照明技术是合适的，而遇到恶劣天气或者气层强大的气流冲击容易发生颠簸，持久、剧烈的颠簸导致内灯断裂照明系统损坏影响照明引发安全隐患，因此此类的照明技术还需要改进。
HID灯放光效率好，强度也够高，能够满足标志灯、着陆/滑行灯等高要求灯光强度，同时也存在着反应速度慢、使用寿命短的缺点。HID的光线传送需要一定的时间后才能实现稳定的照明，对紧急降落等突发状况的飞机航行状况是非常大的隐患，必须有足够的时间HID照明系统才能引导安全的紧急降落。寿命短的缺点注定需要安排专业技术人员定期检查、更换，在人力、物力等成本上增加不少压力。
此外，疝气灯用在频闪灯和防撞灯上也存在缺陷。疝气灯在光线强度也非常好，但是在启动时易引起电磁干扰的现象出现，冲击飞机的应用系统，造成系统系数不稳定甚至指示错误，对飞机的安全性造成很大的影响。
（二）LED照明技术的发展分析
当今时代环保节能已经成为潮流，国家注重环保节能、和谐社会的发展，LED照明技术就有着这样的优势，同时在光源强度上也说照明领域的新变革。LED照明的核心发光器是半导体材料发光二极管，发出大功率的白光，提高照明度。Gerr实验室数据显示LDE灯发光率高达1201m/W以上，被广泛用于个领域，比如：景观照明、汽车照明、飞机照明、电视电脑等。LED照明技术的发展非常迅速，成为应用趋势，可以改善飞机照明系统大部门存在的缺陷，为飞机的航行安全提供稳定的照明保障。
二、LED在飞机照明系统的应用
（一）能够满足相应速度快要求
飞机照明系统中频闪灯、防撞灯等需要一定速度的闪光频率，传统用疝气灯做频闪灯、防撞灯，闪光频率对其伤害大且影响使用寿命，而LED灯响应时间处于纳秒级别，可以应用脉宽调制方式驱动，不但对灯影响不大，还能实现灯光强度的随意控制。飞机在运行过程中受到很多因素影响，需要对灯具的使用要求严格，新型LED照明技术能够实现。
（二）延长使用寿命，减少更换频率
卤素灯、HID等的使用寿命约在2500h左右，LED灯核心发光器主要是半导体材料二极管，半导体材料的使用寿命一般在10万h以上，LED灯也可以达到2万h以上，因此在飞机照明系统的应用上大大提高了使用的可靠度，使用时间长维修次数降低，更换的频率也降低，即使在恶劣的天气环境中也具有一定的抵抗能力。
（三）灯光颜色可调控，显色性能好
飞机外部照明系统需要根据外界环境的变化以及飞机在运行中处于的阶段不同进行颜色的调和，比如在高空和降落的颜色区别，灯光颜色代表不同的飞行语言；内部照明灯设计目的在于提高旅客的舒适度，需要根据阳光曝光率适时调整。在传统的照明技术中，很难实现内外照明系统技术要求，对于LED照明系统而言是很容易实现，能够根据环境实现自动的颜色调和，减少信号灯在颜色调节上不显色造成信号传递错误的现象，确保飞机在运行中的安全，提高安全力度。
（四）节能高效，安全性强
在传统的飞机照明系统中，卤素灯发光效率在17-331m/W范围，HID灯发光效率在40-1001m/W范围，疝气灯也与HID灯发光效率不相上下，此类照明系统在飞机的运行中需要的发光效率还存在一定距离。LED灯发光效率可到1200m/W，甚至2830m/W，而且在科技不断进步，发光效率的空间还有提升的空间。
飞机运行环境存在电磁感应，会造成一定的干扰，在运行中必须避免电磁感应的影响，LED技术的恒流源不会产生电磁感应，避免了干扰，使用起来更加安全。倘若飞机在运行过程中遇到恶劣天气或者强大气流，LED照明技术可以在恶劣环境下保持平稳应用，降低传统照明技术带来的误差，避免火灾隐患，确保飞机运行安全。
（五）增强乘客旅程幸福指数
乘客登机后，视觉上将被引导进入一个更大的、更舒畅的机舱。当乘客仰望时，将看到一个提升他们对空间感知度的模拟天空，而弧形空间会在飞机内经过仔细选择的位置不断出现，从而给乘客一种身处相应空间的感觉，“天空”效果在飞机过道上不断出现，著名的波音公司在波音787上运用LED技术设计在飞机照明系统上，带来乘车这番感受。因此，LED照明技术可以在飞机照明系统中利用阵列形式在整个飞行过程中，可以改变“天空”的色彩和亮度，增强乘客的舒适感，提高乘客旅途的幸福指数。
三、结束语
LED照明技术不断进步，逐渐取代传统照明技术，被广泛运用于交通、生活娱乐、航空等领域。飞机逐渐摆脱过往高端的地位，成为人们出行的重要交通工具，航线遍布全球，航班次数越来越多，对飞机的安全和服务需要也越来越高，LED照明技术在飞机照明系统中的应用在不断进步、完善，提高飞机的安全性，实现环保及能源效用最大化。
参考文献
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【关键词】LED智能照明技术 发展现状 发展趋势
近年来，我国的经济得到了快速的发展，经济在不断发展的过程中，消耗了大量的能源和能量，能源问题已经成为一个世界性问题。我国是一个能源消耗非常大的国家，更应该对节能问题给予更高的重视，各行各业在发展过程中都应该贯彻节能理念。LED智能照明技术的出现一定程度上缓解了能源消耗问题，LED作为一种新光源，和传统的光源不同，是一种节能环保型的光源。
1 LED智能照明技术的发展
从现阶段的情况来看，在全球能源短缺的压力下，各国都开始推行节能环保的照明光源，尤其是在国际上，LED照明光源的发展比较快速，我国也加大了对其的重视。
1.1 国外LED智能照明技术的发展
在LED智能照明技术的研究和开发中，美国一直处于世界领先的水平，在照明技术的设备知识产权、芯片知识产权邮寄科研开发技术等方面都表现出巨大的优势，产品的质量和可靠性也非常高。但是LED照明技术在美国的发展速度并不迅速，这主要是由于美国人的节能意识不够强导致的，于欧洲人相比，美国在技术上表现出优势，但是在意识上不够重视，因此LED照明技术的发展受到限制。欧洲人的节能意识非常强，进入21世纪以来，欧盟就开始推广白光发光二极管，德国建立了最先进的芯片生产线，生产出LED照明灯，在工厂、居民区、办公环境、公共场所以及公交客车中都得到了广泛的应用，为节能做出了巨大的贡献。因此，欧洲是最先将LED照明技术应用到办公环境中的。欧洲的LED产业发展非常成熟，白炽灯已经逐渐被淘汰。在亚洲地区，日本是最先发展和使用LED照明技术的，其在芯片的研制以及产业化的开发方面都已经处于国际的领先水平，在LED的开发研制中投入了非常大的财力和物力，并且也掌握了很多相关的专利。近年来，韩国在LED照明技术方面的发展也比较快速，LED照明灯的使用越来越普遍。韩国的LED照明产业发展比较晚，但是在价格上具有很大的优势，因此也在较短的时间内得到了快速的发展，成为了世界上的有名的LED光源生产基地[1]。
1.2 我国LED智能照明技术的发展
我国的LED是在上个世纪70年代开始发展的，最初发展的是LED半导体产业，直到90年代初，LED照明产业才开始发展。我国的LED产业已经经历了40多年的发展，取得了巨大的成就，已经形成了完整的产业链，在LED芯片封装、LED芯片制造、LED外延片生产以及LED的产品运用上都有研究。此外，我国还出台了比较多的LED照明灯节能方面的优惠政策，进一步促进了我国LED照明灯的发展，在光源的生产和研究方面也得到了较快的发展。在2013年，还将LED照明产品运用在我国的西部地区，促进了西部地区的LED照明产业的发展，LED智能照明技术在电能测量方面也得到了广泛的应用。
虽然我国形成了LED照明的完整产业链，但是我国在芯片的研究和外延片的制造方面还不够成熟，这方面的技术核心，主要在美国、欧洲和日本等国家掌控，我国主要在LED照明产业链中的封装和生产方面承担重要的角色，这也是由于产品生产和封装工作的技术要求不高、门槛较低而导致的，在LED照明灯的生产方面，技术含量比较低，使用的设备比较少，还属于传统的劳动密集型产业，而和其他国家相比，我国的劳动力成本比较低。我国目前还没出台关于LED照明技术的规范，因此很多小型的加工企业都加入到了LED照明产品的加工中，通过广东、浙江和福建等沿海的地区，从韩国进口芯片，由我国加工，因此光源产品的质量有高有低，价格方面也相差比较大[2]。从LED照明产品的质量来看，一些规模比较大的企业，研发力量相对比较强，聘请了一些留学的专业人员，同时也和研究单位或者高校合作，因此在产品的研发和生产方面的能力都比较强。
2 LED照明技术的发展趋势
2.1 家居领域的发展
目前，虽然LED智能照明产品在工业上和商业上得到了快速的发展，但是由于其成本比较高，因此在家居领域的应用受到限制。随着我国物联网、互联网的快速发展，智能家居的市场需求也越来越大，从行业的研究报告中可以得出，在2017年市场的规模预计达到80亿元。因此，LED照明的未来发展方向会逐渐向着 智能家居的方向发展，在家用照明方面，也充分引入高端科技。目前家居智能照明的推广主要受到价钱的限制，在未来的发展过程中，技术的发展会越来越成熟，因此价格方面也能够控制在更低的范围内。在未来的几年内，中国的LED照明市场将不断扩大，可以挖掘的市场空间非常大，并且还存在着新的利润增长点[3]。
2.2 公共领域的应用
在隧道的照明中，采用传统的光源往往具有光线暗、隧道内外的光线存在较大的差别等二造成交通事故。针对这种情况，同样可以采用LED智能照明技术来解决。通过LED照明灯的使用，可以更灵活的调节隧道内的光线，一隧道外的光线作为参考进行调节，当外界的光线变亮时，隧道内的光线也会逐渐变亮，当太阳落山之后，LED照明还可以进入夜间照明模式，从而有效的缩小隧道外和隧道内的光线差别，减少交通事故的发生。
3 结语
近年来，随着人们环保意识的不断增强，LED智能照明产业在我国得到了迅速的发展，虽然在核心技术方面还和国际水平具有一定的差距，但是在未来的发展过程中，会加强对技术的研究，同时将LED智能照明产品应用在家居领域和隧道中，将智能技术和新光源有效融合在一起，实现照明的节能环保，从而促进我国健康持续发展。
参考文献：
[1]王飞.基于DALI协议的LED智能照明系统关键技术研究[D].广东工业大学，2013.
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半导体发光二极管(LED)已有四十多年的历史，到上世纪九十年代上半期研究出现蓝光LED后，很快就成功解决了白光LED。白光LED的问世及其快速发展，受到了世界各照明企业的关注，投入了很大的资金，进行了卓有成效的研究，十多年中，使白光LED的光效提高了近十倍，作为一种新型的固体光源(SSL)进入照明领域，成为第二代(气体放电灯)光源以后的第三代新型光源。 1 白光LED的优势 白光LED出现近15年，其发展速度之快，超过人们的预计，好象一个超常发展的少年“神童”，受到家庭和社会的特别关注和培育。其主要优势和特点有： (1) 光效迅速提高：到现在，产品的实用光效可达70～90lm/W，据报导，美国实验室数据达160lm/W，而用还有增加的趋势，预期在未来3～5年，实用光效达到150～200lm/W是可能的，到那时有可能成为最高效的光源。 (2) 起动性能好，快捷可靠，只有毫秒级的响应时间，能达到全光通输出。 (3) 调光方便，可控性强。 (4) 耐震动，耐气候性良好，寿命长。 (5) 不含汞，环保性能优。 (6) LED在一定光束角内定向辐射，用于射灯、筒灯等灯具时，有利于提高下射光通比。 (7) 用于景观、装饰、广告、信号等场合，有多种彩色光LED，加上良好的启动和调光性能，容易实现数字化控制，以达到多彩、动态变化，在商业性、娱乐性场所极具渲染性。 2 白光LED用于室内照明待解决的问题 白光LED在照明领域探索前进，在实际应用中不断提高，已经取得了不少成绩，推动了LED照明的发展。LED应用于夜景照明，已经显示出很大的优越性，但是作为功能性照明，无论在产品或技术上，还远没有达到成熟的阶段，存在着不少有待进一步解决的问题，当然这也是符合发展规律的，主要问题有： (1) LED芯片主要依赖进口，应用国产芯片很少，大功率(1W及以上)芯片还没有，芯片缺少自己的技术和知识产权;我国已拥有很大规模的LED封装产业，具有较优良的装备，但封装技术、材料和工艺，还存在一定差距。 (2) 缺乏统一的标准，包括LED灯具系统、驱动电路等，一部分企业发挥自己的优势，研究开发了自己的产品，有些则借鉴或仿制，产品水平良莠不齐，各家产品规模各异，互换性差，维修困难。 (3) LED照明灯的测试方法没有统一，有些参数的测试还待研究，如显色性的测量和气体放电灯也不一定相同。 (4) LED灯具产品还处于初级阶段，技术上不成熟，还存在不少问题，如： 1) 散热问题：如何把结温有效降低到允许水平，仍在探索和实践中，温度控制不好，将影响光效，加光光通衰减，甚至色温、显色性的稳定。 2) 目前多数LED的色温偏高，过多的蓝色光谱，对于多数室内场所，会使人感觉不舒服，产生刺激感，与环境不够协调，光线不够柔和，不利于眼睛保护。 3) LED用作室内功能性照明，如何设计灯具的配光和控光系统，也是一个新课题，定向发光的LED不同于现有光源，灯具的反射、漫射、配光，都有自己的特点。 4) LED照明的驱动电路：也需要进一步优化和标准化，还需要时日，其性能包括使用寿命、功耗、谐波、功率因数等，都需要探索。 (5) 价格过高，是推广应用的又一障碍，单靠政府补贴，并非发展之良策，用LED代替白炽灯等低效光源，有显著节能效果，可享受补贴;而相对三基色直管荧光灯这类更高效光源，并没有节能效果(至少今日是如此)，过高的初建费用，绝没有经济上的合理性。 (6) LED照明的另一个问题，是缺乏平稳有序的发展态势。短短几年，几千家企业挤入LED照明，有一哄而起的架势，使人想起“大跃进”的年代。有一些企业在模仿中制作，低水平重复，靠夸大入市，有的企业
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LED照明灯具与传统的照明灯具最大的区别，LED照明灯具是一个完全的电子产品，而传统的照明灯具仅是一个电器产品。因此LED灯具可以很方便地与各种类型的传感器关联，从而实现光控、红外控制等多种自动控制功能。如LED路灯的自动开关，用一个光敏传感器就可简单实现：社区夜间走道和庭院照明，可以用红外传感器采集人类活动信息，自动开闭照明灯具……
LED照明灯具开关自动控制
传感器作为信号采集和机电转换的器件，其机电技术已相当成熟，近几年MEMS(微机电系统)技术兴起又将传感器技术向小型化、智能化、多功能化、低成本化大踏步迈进。光敏传感器、红外传感器等各种类型的传感器都可与LED照明灯具组成一个智能控制系统，传感器将采集来的各种物理量信号转换成电信号，可以经由集成电路化的AD(模数)转换器、MCU(微控制器)、DA(数模)转换器对所采集的信号进行智能化处理，从而控制LED照明灯具开启和关闭。人类可以籍此在MCU上设定各种控制要求，控制LED灯的开关时间、亮度、显色、多彩变幻，从而达到省电节能的目标。传感器与LED灯具组成的系统框图如图1所示。目前的集成电路制造技术已经可以将AD、DA、MCU集成在一个5mm×5mm或更小的封装内，安装在灯具内既不占面积而且十分方便。
光敏传感器与LED灯具组合
风光电LED路灯是一种高度智能化和无人值守的道路照明灯具，利用风力、阳光发电，用蓄电池储能，因此能源的自动管理十分重要。光敏传感器是比较理想的因天亮、天暗(日出、日落)时照度变化而能控制电路自动开关的电子传感器。图2所示是一种光敏传感器的外貌。图3是光敏传感器的光敏电阻板，它对光线的明暗亮度+分敏感。图4是光电转换的基本原理图。光控LED灯具照明系统工作原理如图1所示。
光敏传感器可根据天气、时间段和地区自动控制商场LED照明灯具开闭。在明亮的白天通过减少其输出功率来降低耗电量，与使用荧光灯时相比，店铺面积为200m的便利店最大可降低s3％的耗电量。寿命也长达约5～10万小时。一般情况下，LED照明灯具的寿命为4万小时左右：发光的颜色也可采用RGB(红绿蓝)多彩变幻的方式，使商场灯光更多彩，气氛更活跃：与配套使用黄色荧光体的原蓝色LED相比，配套使用红、绿、蓝三色荧光体的紫色LED的演色性更高。红外传感器与LED灯具组合
红外传感器是靠探测人体发射的红外线而工作的。主要原理是：人体发射的10um左右的红外线通过菲涅尔滤光透镜增强后聚集到热释电元件PIR(被动式红外)探测器上，当人活动时，红外辐射的发射位置就会发生变化，该元件就会失去电荷平衡，发生热释电效应向外释放电荷，红外传感器将透过菲涅尔滤光透镜的红外辐射能量的变化转换成电信号，即热电转换。在被动红外探测器的探测区内无人体移动时，红外感应器感应到的只是背景温度，当人体进入探测区，通过菲涅尔透镜，热释电红外感应器感应到的是人体温度与背景温度的差异，信号被采集后与系统中已存在的探测数据进行比较以判断是否真的有人等红外线源进入探测区域。
被动式红外传感器有三个关键性的元件：菲涅尔滤光透镜。热释电红外传感器和匹配低噪放大器。菲涅尔透镜有两个作用：一是聚焦作用，即将热释红外信号折射在PIR上：二是将探测区内分为若干个明区和暗区，使进入探测区的移动物体／人能以温度变化的形式在PIR上产生变化的热释红外信号。一般还会匹配低噪放大器；当探测器上的环境温度上升，尤其是接近人体正常体温(37℃)时，传感器的灵敏度下降，经由它对增益进行补偿，增加其灵敏度。输出信号可用来驱动电子开关，实现LED照明电路的开关控制。图5是红外传感器外貌，图6是红外传感器内部结构与内部电路图。图7是带红外传感器的LED照明灯具，这是一款E27标准螺口灯头的灯具，其电源适用范围是AC180V-250V(50／60Hz)，红外传感器检测范围大约在3m～15m，其标准产品IFS-Bulb 3w灯具达801m.5W灯具达140 lm。在LED光源模块的中央部分嵌入红外线传感器。一旦红外传感器检测到人的体温，LED电灯泡将会在50s内自动开启与关闭。适用于任何一种室内应用，如走廊、储藏室、楼梯和大厅入口处。
与红外传感器应用相仿的超声波传感器近年在自动探测移动物体中得到更多的应用。超声波传感器主要利用多普勒原理，通过晶振向外发射超过人体能感知的高频超声波，一般典型的选用25 40kHz波，然后控制模块检测反射回来波的频率，如果区域内有物体运动，反射波频率就会有轻微的波动，即多普勒效应，以此来判断照明区域的物体移动，从而达到控制开关的目的。图8是超声波传感器和微处理器组合的应用方案。
超声波的纵向振荡特性，可以在气体、液体及固体中传播，且其传播速度不同；它还有折射和反射现象，在空气中传播频率较低、衰减较快，而在固体、液体中则衰减较小、传播较远。超声波传感器正是利用超声波的这些特性。超声波传感器有敏感范围大，无视觉盲区，不受障碍物干扰等特点，这项技术已经在商业和安全领域被使用25年多了，已经被证明是检测小物体运动最有效的方法。因此与LED灯具组成系统可灵敏控制开关。
由于超声波传感器灵敏度高，空气振动、通风采暖制冷系统及周围邻近空间的运动都会引起超声波传感器产生误触发，所以超声波传感器需要及时校准。
温度传感器做LED灯具的过温保护
温度传感器NTC(负温度系数)做LED灯具的过温保护被比较早的广泛应用。LED灯具如采用大功率LED光源，就必须采用多翼的铝散热器，由于室内照明用的LED灯具本身空间很小，散热问题到目前还是最大的技术瓶颈之一。LED灯具散热不爽的话。会导致LED光源因过热而早期光衰。LED灯具开启后热量还会因热空气自动上升而向灯头富集，影响电源的寿命(图9)。因此在设计LED灯具时，可以在铝散热器靠近LED光源方紧贴一个NTC，以便实时采集灯具的温度，当灯杯铝散热器温度升高时可利用此电路自动降低恒流源输出电流，使灯具降温；当灯杯铝散热器温度升高到限用设定值时自动关断LED电源，实现灯具过温保护，当温度降低后，自动再将灯开启(图10)。
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关键词:恒流补偿;源极驱动;馈流供电;Toff时间设定;LED光源阵列
LED光源作为第四代新型节能光源自诞生之时即被用来做各类灯具的发光光源。作为光源的白炽灯其发光效率只有百分之五,而LED光源的发光效率几乎接近百分之八十。LED照明以其高节能、长寿命、利环保的特点成为大家广为关注的焦点。这几年高亮度的LED光源因其制造技术突飞猛进,而其生产成本又节节下降,如今使用LED光源作为高亮度、高效率而又省电、无碳排放的节能照明光源已成为全球的海量需求,一个以制造LED照明灯具的新兴行业正在崛起,产业链正在日益完善,技术正在日日更新。
1BP2808基本工作原理
BP2808 是专门驱动LED光源的恒流控制芯片。BP2808 工作在连续电流模式的降压系统中,芯片通过控制LED光源的峰值电流和纹波电流,从而实现LED光源平均电流的恒定。芯片使用非常少的外部元器件就实现了恒流控制、模拟调光和PWM 调光等功能。系统应用电压范围从12 VDC 到600 VDC,占空比最大可达100%;适用于交流85 V-265 V 宽电压输入,主要应用于非隔离的LED灯具电源驱动系统。BP2808采用专利技术的源极驱动和恒流补偿技术,使得驱动LED光源的电流恒定,从交流85 V - 265 V 范围内变化小于±3%。结合BP2808专利技术的驱动系统应用电路,使得18 W的LED日光灯实用方案,在交流85 V - 265 V 范围内系统效率高于90%。在交流85 V - 265 V输入范围内,BP2808 可以驱动从3 W到36 W的LED光源阵列,因此广泛应用于E14 /E27 / PAR30 / PAR38 / GU10 等灯杯和LED日光灯。
BP2808具有多重LED保护功能包括LED开路保护、LED短路保护、过温保护。一旦系统故障出现的时候,电源系统自动进入保护状态,直到故障解除,系统再自动重新进入正常工作模式。复用DIM引脚可进行LED模拟调光、PWM调光和灯具系统动态温度保护。BP2808采用SOP8封装。
2LED日光灯应用典型方案设计
LED日光灯的LED光源灯条电源驱动方案有很多种,目前非隔离方案因其效率高、体积小、成本低而占主流,而用PWM LED驱动控制器来做LED日光灯驱动电源的又占绝大多数。事实上传统的荧光日光灯都是非隔离方案。
以AC176V - 264V全电压输入为例,采用BP2808为主芯片来设计负载为小功率多颗LED光源多串、多并的LED日光灯时,整个系统方案的设计方框图如图1所示。
全电路由抗浪涌/雷击保护、EMI滤波、全桥整流、无源功率因素校正(PPFC)、启动电压(包括前馈补偿、开机后的馈流供电、驱动变软)、恒流补偿、PWM控制、源极驱动、LED光源阵列,以及采样电阻、Toff时间设定、储能电感、续流二极管等各部分组成。
LED光源阵列设计为0.06 W白光LED(SMT或草帽灯) 24个串联、12串并联的方案,驱动288个小功率WLED,总功率18 W。
18W LED日光灯系统主要参数设定如下:
电源主要参数:
输入电压:Vin = 176 V - 264 V
工作频率: Fin = 50 Hz
单个LED电压: Vled = 3.2 V
单个LED电流: Iled = 20 mA
(实际应用一般选择16-19 mA)
系统效率: η = 90%
功率因数: PFC = 0.9
电感电流纹波系数: ΔIL= 65%
相关参数计算及设定:
输出电压:Vout = 24 s × 3.2 V = 76.8 V
输出电流:Iout = 12p × 20 mA = 240 mA
输出功率:Pout = 76.8 × 240 = 18.4 W
电感峰值电流:ILpk = 240 + (240 × 65%)
= 396 mA
电感纹波电流:ILrp = 2 × (396 - 240)
= 312 mA
关断时间:Toff = 10.8 uS
按此数据思考,全电压18 W LED日光灯开关恒流源的设计电路如图2所示,其各部分的功能如红字所标注。图中抗雷击和EMI滤波组成EMC电路,馈流供电是利用已经做在芯片内部的整流二极管来实现的。
从AC 220 V看进去,交流市电入口接有1 A保险丝F1和抗浪涌/雷击的压敏电阻Vz1;之后是EMI滤波器,由Ld1、Lc1和Cx1、Cx2组成;DB1是全桥整流器,内部是4个高压硅二极管;CE1、CE2、R10、D2～D4组成无源功率因数校正电路;BP2808芯片由R15、R16启动电阻降压经R17、C3前馈补偿,并由Dz1、C2、R18与BP2808内部电路组成专利的恒流补偿电路稳压后给BP2808控制电路供电,系统启动后由于控制电路本身静态电流小,以及芯片内部存在从OUT到VCC的馈流二极管可向BP2808提供工作电源,此时电阻R15-17上通过的电流将大大降低,因而总的系统功耗也大大降低,系统效率得到明显提高。专利的源极驱动电路由MOS管Q1、D6、Rg、Rt 、Rcs与BP2808内部电路组成,其显著特点是有效降低功耗、提高恒流精度。源极驱动方式的驱动电路使系统消耗电流减少,尤其是减少了传统的高压差供电通路中类似R15-17上的电流,从而降低了功耗,提高了效率。D6、Rg可使开关开通驱动变软,关断驱动保持较强,既改善EMI,又尽量不牺牲效率。与LED光源并联的输出滤波电容C0用以减少LED光源上的电流纹波。
BP2808的CS端采集电流采样电阻Rs1～Rs2上的峰值电流,由内部逻辑在单周期内控制OUT脚信号的脉冲占空比进行恒流控制,输出恒流与D5、LM1的续流电路合并向LED光源恒流供电。LED光源阵列组合改变时,电阻Rs1～Rs2的阻值也要随之改变,使整个电路的输出电流满足LED光源阵列组合的要求。
PCB板的排列是做好产品的关键,因此PCB板的走线要按电力电子安全规范要求来设计。本电路可通用于T10、T8日光灯管,因两管空间大小不同,二块PCB板的宽度将不同,要降低所有零件的高度,以便放入T10、T8灯管。图3是T10恒流源板的实物照片,30个元件安装0.8 mm厚的环氧单面印制板上。
如是设计AC85 V - 264 V全电压输入,又要考虑PFC,可将LED光源阵列设计成0.06 W白光LED 12个串联、24串并联方案。
BP2808做LED日光灯电源驱动电源设计时,建议输出电压< 100 VDC、电流< 600 mA。
目前可使用的LED日光灯驱动IC有好几种,其性能参数都有差异,现列表1供设计选型参考。从中可见BP2808的固定Toff工作模式、100%占空比、芯片工作电流仅0.2 mA、效率达92%、恒流补偿和使用独特的源极驱动模式等特性,使其具有适用于LED照明灯具的明显优势。
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3BP2808的关键技术
恒流补偿与源极驱动二个专利应用电路使BP2808应用更显方便和更具特色。从图4可见,BP2808 GND与LN的内部电路与R3、C3、R4、Dz1、C2组成恒流补偿的专利应用电路;BP2808 Vcc、CS与OUT的内部电路与Q1、D6、Rg、Rt、Rcs组成源极驱动的专利应用电路。
图5是源极驱动控制电原理路,从中可见BP2808内部的低压开关MOS管(700 mA)漏极连接到外部功率开关MOS管Q1的源极,而其源极连接到采样电阻RCS的一端以及第一比较器的输入端,其栅极连接到RS触发器的输出端。外部功率开关MOS管Q1的漏极输出电流经储能电感直接驱动LED光源。芯片内的Do是馈流二极管,在BP2808启动工作后,从OUT到VCC的馈流经Do整流向BP2808提供工作电源。
采用源极驱动,可以有效减少驱动电路电流消耗、降低功耗、提高效率;传统的高压差供电通路中为了将整流后的直流高压降至PWM芯片所需要的低压工作电压,采用低阻大功率电阻降压,器件发烫,自耗功率很大。
4隔离与非隔离的
多种LED灯具驱动设计应用
BP2808还可应用于设计隔离与非隔离的球泡灯、PAR灯、筒灯、嵌灯、庭院灯、防爆灯、洗墙灯、台灯、工作灯、可控硅调光灯等LED光源灯具的驱动电源。非隔离的灯具其设计原理可延用前述LED日光灯应用典型方案设计思路,改变LED光源阵列的排列,可以变换成各款不同、形形式式的LED灯具,针对各种LED灯具对驱动电源的不同要求,可以改变电源的输出特性设计来满足各不相同的需求。如可控硅调光控制就可在应用电路上动脑筋,增加在切相电源中提取导通角信息线路,并根据该信号来控制LED光源的驱动电流,以得到调光的效果。
使用BP2808的LED日光灯已进入2010年上海世博会的“沪上・生态家”、上海地铁2号线江苏路站厅和马来西亚皇宫的照明系统。BP2808用于AC/DC的PAR灯、球泡灯等LED灯具的可控硅调光隔离和非隔离方案也已成熟,其可用于生产的应用电路、PCB板图、BOM,都已在客户处得到应用。
5 小结
BP2808的固定Toff工作模式、100%占空比、芯片工作电流减至0.2 mA、效率达92%、恒流精度提高,使其更适用于LED照明灯具的驱动电源的应用。
BP2808在继承和吸收国内外同类产品的优点之外,采用了创新的拓扑结构,芯片设计上有重大的改进,性能更趋完善,特别是恒流补偿与源极驱动二个专利应用电路使BP2808应用更加便捷、有效、节能。BP2808自推出以来广受国内外客户的信赖。从某种意义上说,包括上海晶丰明源半导体有限公司在内的一些国内芯片设计已经不再盲目“抄袭”国外芯片,而是在自主研发和不断创新,走“超越”国外芯片的道路。
参考文献
[1] BP2808 Datasheet
[2] 恒流补偿技术专利. 专利号:2009200737968.
[3]源级驱动结构和馈电技术专利.专利号:2009200737953
[4] 颜重光. 基于PT4107的LED日光灯设计技术. 2009.7
led照明技术范文6
LED作为新兴光源，得到了广泛的重视。目前业界的研究重点在于其光学与热学性能的改善，本文试图从视觉工效学与智能照明的角度探索LED用于室内照明的优越性。 作为近年来发展迅猛的光源，LED与传统光源相比存在超长寿命、高光效、响应快、艺术性、安全、灵活、可靠性等显著的优势。但目前LED主要应用场合还是背光源领域和路灯、景观灯等室外照明领域，在室内照明领域，其依然存在着一些不足，例如成本高、显色性不佳、高亮度、一致性有待提高。综合LED以上优缺点，从应用角度来说，在室内照明中，我们应充分利用LED的优势，并避免其缺点。未来，LED必将在室内照明得到广泛的应用，其技术与照明控制相结合可以取得更为良好的效果。 LED与照明控制结合的关键 照明控制是利用计算机、无线通讯数据传输或电力载波通讯技术以及电器控制等技术组成的分布式照明测控系统，来实现对灯光亮度的强弱调节、定时控制，实现照明场景的区域化、个性化控制。一般采用总线控制方式，要求受控灯具可以数字调光，并具有较好的快速响应特性。 目前照明控制一般是采用总线形式，对卤素灯、具有数字调光整流器的荧光灯等进行数字调光，实现区域内灯具组合调光，环境照度调节，或者通过不同色温的荧光灯进行色温调节，照明表现手法尚比较单一。RGB混光LED技术的出现，使环境光色的调节成为可能，并且非常方便。LED调节一般采用PWM占空比调节方式，该方式可以很方便地用数字形式实现。只要在驱动器上预留数字接口，即容易实现与其它数字系统的通讯，使系统构建非常简单。如图1所示。 LED与照明控制结合的关键在于利用其灵活性与艺术性，选择合适的系统拓扑结构。LED照明系统一般节点数目、通信信道较多，系统规模较大，并且对系统响应速度要求较高。 目前照明控制系统很多采用RS485总线控制，这是一种基于主从结构的控制方式，控制器通过主从应答方式和定时巡查，发出控制指令或者查询传感器探测值。RS485只规定物理层，便于与厂商对系统通讯的自定义。照明控制领域通行的做法是每个LED灯具内置一片MCU控制并通过RS485接口芯片连接到总线上。该方式简单可靠，但应用层标准不统一，工程应用配置较为不便。 另一种应用较广的是基于DALI总线的控制方式，该方式对系统内节点进行编址，数据信号由指令和地址组合而成，不同照明单元可以灵活分组，实现多种组合方式，并可设置16种照明场景，系统的可靠性、稳定性、兼容性很好。但是每个DALI网络节点不超过64个，不便于大规模照明场合的应用。此外，DALI系统中刷新速度较慢，限制了LED的艺术表现能力。 LED控制领域目前应用较广的为DMX512协议，该协议以帧为单位，每帧数据由同步头和512个字节组成，以符合EIA 485标准的串行方式进行数据发送和接收，数据传输速率为250KBit/s。该方式传输速度快，系统规模大，被广泛应用于舞台灯光和户外LED景观照明等。但是该协议是单向传输模式，系统无法接收灯具信息或外部传感器信号，无法满足室内照明的封闭式、智能化需求。 经研究，我们认为，可以在室内照明中采用基于Zigbee无线通讯的分布式拓扑结构。工作频率为2.4GHz无线频段，可以同时容纳60,000多个节点，控制范围最远可达10,000米，能应用于家居、酒店、商业照明等多种室内照明场所，Zigbee网络具有低功耗，自组织，方便定位等优点，用于构建无线传感与照明控制网络具有相当的优势。 系统采用中央控制器控制的星型网络结构。主控制器进行照明场景的设置、反馈信息的处理工作，通过无线网络接收各传感器的数据，并对所采集的数据进行相关算法计算，得到各节点的调节指令，并通过网络把指令参数发送到相应节点。除了灯具节点和传感器节点外，还有手持式遥控器进行简单的控制操作。 各节点配备无线通讯模块，Zigbee模块具有协议简单、低速率、低功耗的特点。由于协议相对简单，对控制芯片要求较低，因而
