劉沅玲，王金莉

(長(zhǎng)春光華學(xué)院電氣信息學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130033)

LED 也叫發(fā)光二極管，是一種可以將電能直接轉(zhuǎn)換成光的固體半導(dǎo)體元件。LED 具有發(fā)光效率高、壽命長(zhǎng)、節(jié)能、色彩多樣、環(huán)保、低能耗等特點(diǎn)，在許多場(chǎng)合都得到了廣泛應(yīng)用[1]。LED 的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，給整個(gè)LED 行業(yè)帶來(lái)了無(wú)限的發(fā)展空間，為了適應(yīng)各種LED 光源的需求，采用了許多不同的驅(qū)動(dòng)方式。

LED 驅(qū)動(dòng)電源是將電力網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)化為適用于LED 發(fā)光器件特性的電流或電壓的轉(zhuǎn)換器，LED 驅(qū)動(dòng)電源必須具有高效率、過(guò)電壓保護(hù)、體積小、使用方便等優(yōu)勢(shì)。LED 光源是恒流型的，需要配備恒流型的驅(qū)動(dòng)電路，但若LED 恒流型電源的恒定電流精度不高，且電流精度易受到環(huán)境的影響，LED 光源的衰減和故障率極高，甚至?xí)诔潆姷囊粍x那就會(huì)報(bào)廢，因此，對(duì)LED 恒流驅(qū)動(dòng)電源進(jìn)行研究具有較高的現(xiàn)實(shí)意義。

針對(duì)LED 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外已經(jīng)得到了一些較好的研究成果。付賢松等[2]提出了基于PID 算法的高精度LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)方法。在驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)過(guò)程中，選用AC-DC 穩(wěn)壓變換器和DC-DC 恒流變換器結(jié)合的兩級(jí)驅(qū)動(dòng)方案，引入PID 算法，設(shè)計(jì)高精度可調(diào)光LED 開(kāi)關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)器。張立娟等[3]提出了基于寬范圍輸入的高效LED 驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)功率因數(shù)、電能使用效率和電網(wǎng)污染的重要作用進(jìn)行分析，并結(jié)合驅(qū)動(dòng)電源系統(tǒng)架構(gòu)、控制電路完成電源設(shè)計(jì)。黃玉水等[4]提出了基于電流型五電平DC-DC 電路的LED 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)方法。利用該方法設(shè)計(jì)的電源壽命得以延長(zhǎng)，還能實(shí)現(xiàn)高輸入功率因數(shù)和恒流驅(qū)動(dòng)LED 負(fù)載。Urso 等[5]介紹了射頻振蕩器電源模塊的設(shè)計(jì)方法。為了保持射頻振蕩的光譜純度，首先根據(jù)振蕩器電源推進(jìn)因子和振蕩器優(yōu)值(Filter Oscillator Mixer，F(xiàn)OM)評(píng)估對(duì)電源電壓的噪聲和紋波的要求。然后利用這些規(guī)范設(shè)計(jì)和評(píng)估模擬低壓差穩(wěn)壓器(Low-Dropout Regulator，LDO)和開(kāi)關(guān)電容DC-DC 轉(zhuǎn)換器的功率效率。

從上述的LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的研究情況來(lái)看，LED 常見(jiàn)驅(qū)動(dòng)電源類(lèi)型包括單級(jí)反激式LED驅(qū)動(dòng)電源、無(wú)電解電容LED 驅(qū)動(dòng)電源等，然而上述驅(qū)動(dòng)電源在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中存在明顯的供電不穩(wěn)定情況。為了解決現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電源存在的上述問(wèn)題，引入頻率跟蹤技術(shù)。

頻率跟蹤是防止保護(hù)裝置誤動(dòng)的一項(xiàng)重要措施，使得發(fā)生器具有自動(dòng)調(diào)節(jié)頻率的性能。在LED數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)頻率跟蹤技術(shù)的應(yīng)用，以期能夠提高電源的驅(qū)動(dòng)效果，進(jìn)而提高LED 設(shè)備的工作穩(wěn)定性。

1 LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源元件與電路設(shè)計(jì)

為保證優(yōu)化設(shè)計(jì)的LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源能夠按照控制要求驅(qū)動(dòng)LED 設(shè)備，實(shí)現(xiàn)LED 的開(kāi)啟、關(guān)閉以及調(diào)光功能，分別從驅(qū)動(dòng)電源硬件設(shè)備和驅(qū)動(dòng)程序兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。從硬件結(jié)構(gòu)方面來(lái)看，LED 驅(qū)動(dòng)電源包括輸入保護(hù)電路、整流電路等部分。輸入保護(hù)電路具有過(guò)電壓和過(guò)電流保護(hù)功能。EMI 濾波器可以有效地降低電力系統(tǒng)的噪聲，增強(qiáng)電力系統(tǒng)的抗干擾性和可靠性。整流電路將AC 電源變換成DC，并輸入有源PFC。主動(dòng)PFC 電路改善了功率因數(shù)，并對(duì)諧波進(jìn)行了抑制。具體的LED數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源總體結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)LED 設(shè)備的工作原理，連接驅(qū)動(dòng)電源的相關(guān)電路，以達(dá)到輸出恒流驅(qū)動(dòng)信號(hào)的目的。

1.1 變壓器

變壓器是LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源中的電壓調(diào)節(jié)裝置，其基本工作內(nèi)容包括:升壓、降壓以及穩(wěn)壓三個(gè)部分，變壓器在升壓驅(qū)動(dòng)狀態(tài)下的運(yùn)行電路如圖2 所示。

圖2 升壓變壓器運(yùn)行原理圖

從圖2 中可以看出，LED 數(shù)字控制恒電流驅(qū)動(dòng)的變壓器裝置包括:晶體管VT、蓄能電感L、升壓二極管VD、濾波電容器C等元件?？刂圃摼w管的基極信號(hào)循環(huán)的接通和斷開(kāi)。在升壓狀態(tài)下，通過(guò)接通三極管，將電能儲(chǔ)存到電感上，使電感電流呈直線上升，并以左側(cè)“+”和右側(cè)的“-”表示，負(fù)荷是由電容提供的。在關(guān)斷晶體管的情況下，感生電流要降低，感生電位在左邊是“-”右邊是“+”，電感電位和輸入的電壓重疊，從而使二極管VD 處于接通狀態(tài)，一起給負(fù)荷提供電力，并對(duì)電容器C進(jìn)行充電，由此將驅(qū)動(dòng)電源DC 低壓轉(zhuǎn)換為DC 高壓。升壓變壓器的反向操作即可實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)電源的降壓控制，在變壓器執(zhí)行升壓或降壓任務(wù)時(shí)，內(nèi)部電路本身調(diào)節(jié)電流，從而增加限流電阻的壓降，從而降低電壓的波動(dòng)幅度，達(dá)到穩(wěn)壓的目的。

1.2 電磁干擾濾波器設(shè)計(jì)

電磁干擾濾波器對(duì)接入驅(qū)動(dòng)電源中的電網(wǎng)噪聲起到了很好的抑制作用，可以提升LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的抗干擾性能和穩(wěn)定性能。圖3 表示的是電磁干擾濾波器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

圖3 電磁干擾濾波器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

電磁干擾濾波器包括兩個(gè)輸入、兩個(gè)輸出和一個(gè)接地端口，在使用時(shí)，外殼必須與地面連接。C1、C2、C3和C4是濾波電容，L是共模電感。在共模干擾存在的情況下，由于線圈繞組方向一致，在耦合后電感量增加，也就是增加感抗值，從而對(duì)共模信號(hào)進(jìn)行抑制。在提高額定電流時(shí)，應(yīng)加大電感線圈以適應(yīng)更高的電流，并通過(guò)適當(dāng)提高電感量來(lái)降低其低頻衰減。C1、C2通常使用膜電容，以過(guò)濾串模干擾，C3、C4中點(diǎn)接地，以抑制共模干擾，降低漏電流。在上述濾波結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在輸入端位置上保險(xiǎn)絲的功能是在電路發(fā)生短路或大電流時(shí)切斷，保護(hù)后端的電路，而溫敏電阻則會(huì)使整個(gè)驅(qū)動(dòng)電源產(chǎn)生“軟啟動(dòng)”，當(dāng)濾波器運(yùn)行溫度過(guò)高時(shí)，直接斷開(kāi)保險(xiǎn)絲，避免高溫下元器件的損壞。

1.3 LED 多路恒流電路

LED 恒流電路采用恒流控制環(huán)、限壓控制環(huán)，保證LED 燈的穩(wěn)定電流，并能有效地控制輸出的電壓，保證LED 燈的均勻和長(zhǎng)期可靠照明。其中，精確電壓調(diào)節(jié)器TL431 和運(yùn)算放大器LM358 構(gòu)成恒流限壓控制電路，LM358 具有兩個(gè)單獨(dú)的高增益運(yùn)算放大器，其中IC1A 用于電流環(huán)路，IC1B 用于電壓環(huán)路。TL431 將分壓信號(hào)送入IC1A 的同相輸入端，并將該電壓信號(hào)用作電流環(huán)路的參考信號(hào)。在電流取樣信號(hào)超出參考信號(hào)的情況下，由光電耦合器PC817 中的LCD 進(jìn)行反饋，通過(guò)INV 針輸入到AP1661 芯片中，經(jīng)過(guò)內(nèi)部對(duì)比，調(diào)整COMP 電壓，改變PWM 信號(hào)的占空比，控制變壓器次級(jí)電流，從而實(shí)現(xiàn)恒流輸出。

1.4 箝位電路設(shè)計(jì)

在LED 開(kāi)關(guān)電源中，無(wú)論何時(shí)MOSEFT 功率轉(zhuǎn)換器從接通變?yōu)閿嚅_(kāi)，都會(huì)在該開(kāi)關(guān)管的該線圈上產(chǎn)生一個(gè)峰值[6]。為避免MOS 管發(fā)生故障。需要在MOS 管上增設(shè)漏極鉗制保護(hù)電路，以鉗制和吸收尖峰電壓。箝位電路的連接情況如圖4 所示。

圖4 箝位電路圖

在MOS 開(kāi)關(guān)管關(guān)閉的瞬間，將變壓器內(nèi)的電能充入電容器，再由電阻器將其耗盡，以有效地抑制脈沖電壓。

1.5 輸入保護(hù)電路

LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源在工作過(guò)程中，難免會(huì)發(fā)生過(guò)流或過(guò)壓等一系列的問(wèn)題，保護(hù)電路的設(shè)計(jì)直接關(guān)系到驅(qū)動(dòng)電源的安全運(yùn)行，因此針對(duì)過(guò)壓和過(guò)流兩種情況設(shè)計(jì)具體的保護(hù)電路。比較實(shí)時(shí)電流和電壓與設(shè)置的正向輸入閾值，然后將輸出信號(hào)與光耦合器TLP521 相連接[7]。在出現(xiàn)過(guò)流或過(guò)壓?jiǎn)栴}時(shí)，電流值或電壓值高于設(shè)置閾值，此時(shí)比較器輸出低電平，觸發(fā)最高的中斷級(jí)別，觸發(fā)最高中斷級(jí)使得整個(gè)電源停止工作。

1.6 頻率跟蹤電路

圖5 表示的是LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源中頻率跟蹤電路的優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果。

圖5 頻率跟蹤電路圖

圖5 中，CD4046 表示的是數(shù)字鎖相環(huán)。在實(shí)際的頻率跟蹤過(guò)程中，實(shí)時(shí)電流和電壓通過(guò)電流轉(zhuǎn)換為方波，將轉(zhuǎn)換后的信號(hào)輸入到相位比較器中，輸出相位誤差信息。將低通濾波器的輸出結(jié)果作為壓控振蕩器的控制電壓，確定驅(qū)動(dòng)電源振蕩頻率的具體取值，使得電壓與電流在同一相位。若共振頻率發(fā)生偏移，則在電壓與電流間產(chǎn)生新的相位差，在共振頻率向左漂移時(shí)，控制電壓處于較低水平，使振蕩頻率下降，而在共振頻率向右漂移的情況下，該控制電壓是高電平，從而提高頻率值，使得電壓與電流的相位再次同步。

1.7 LED 調(diào)光控制電路

LED 調(diào)光控制電路的設(shè)計(jì)目標(biāo)是使LED 開(kāi)啟/關(guān)閉，采用單片機(jī)作為L(zhǎng)ED 調(diào)光控制器，將調(diào)光開(kāi)關(guān)和LED 燈以并聯(lián)的形式進(jìn)行連接，在調(diào)光開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，LED 燈處于開(kāi)啟狀態(tài)，在調(diào)光開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)由于短路而關(guān)閉。該方法采用按鍵的方式，將PWM 控制信號(hào)輸入到單片機(jī)上，并將按鍵電路與單片機(jī)的管腳相連，在按下按鈕時(shí)，輸出的電壓就會(huì)被單片機(jī)識(shí)別，并進(jìn)行相應(yīng)的處理[8]。該電路在檢測(cè)到VCC 的異常時(shí)，通過(guò)單片機(jī)的接口進(jìn)行中斷，并將其存儲(chǔ)在FLASH 中，在下一次LED 燈開(kāi)啟時(shí)，單片機(jī)會(huì)首先讀取FLASH 的數(shù)據(jù)，然后輸出相應(yīng)的亮度。

1.8 功率放大電路

采用正弦波信號(hào)發(fā)生器作為頻率源，將其輸出的信號(hào)直接放大給LED 終端，因此要盡量保證信號(hào)波形的完整性，必須選擇線性功率放大器。選擇OPA541 型號(hào)的功率放大器，LED 驅(qū)動(dòng)電源組成元件的布置應(yīng)盡可能接近功率放大器的電源引腳。由于供電電壓高，輸出電流大，所以在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量避開(kāi)低電壓線路，防止出現(xiàn)波形失真和寄生振蕩。

除了上述LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源元件和電路外，電源開(kāi)關(guān)管、LED 數(shù)控恒流輸出電路、功率因數(shù)校正電路等部分均沿用傳統(tǒng)電源對(duì)應(yīng)部分，并利用優(yōu)化電路連接元件設(shè)備。

2 LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)置LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源運(yùn)行參數(shù)

LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源中變壓器的運(yùn)行參數(shù)包括輸入功率、側(cè)電感量、電流密度、運(yùn)行限值等，其中輸入功率參數(shù)的計(jì)算公式如下:

式中:Pout為變壓器的額定輸出功率值，η表示的是變壓器的工作效率。側(cè)電感量和電感儲(chǔ)能量參數(shù)的設(shè)置結(jié)果可以表示為:

式中:變量IR表示的是變壓器的額定電流，f為變壓器設(shè)備的工作頻率，計(jì)算得出的LP和W對(duì)應(yīng)的是側(cè)電感量和電感儲(chǔ)能量。當(dāng)電源開(kāi)關(guān)管閉合時(shí)，變壓器所承受的關(guān)斷電壓是由整流側(cè)的輸入電壓來(lái)計(jì)算的，并考慮到一次側(cè)漏感會(huì)引起的電壓峰值，取10%的裕量，變壓器所承受的最大電壓為:

式中:變量Ud表示的是變壓器逆變電路的額定電壓值。同理可以得出變壓器其他工作參數(shù)的計(jì)算結(jié)果，并根據(jù)電壓值和電流值的限制，對(duì)變壓器內(nèi)的磁芯、線圈結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整。LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的整流輸出模塊應(yīng)具有正向壓降低、反向漏電流小、方向恢復(fù)時(shí)間短等特性，設(shè)置整流輸出電路工作電壓和電流的約束條件如下:

式中:Vout和Iout表示整流輸出電路的峰值電壓和電流，VPK_MAX為反向峰值電壓。按照上述方式分別計(jì)算LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電路中所有組成元件與電路的工作參數(shù)，并將其導(dǎo)入到電源驅(qū)動(dòng)程序中。

2.2 校正LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源功率因數(shù)

LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的功率因數(shù)反映了其有效功率和總功耗的關(guān)系。其計(jì)算公式如下:

式中:P和S分別為電源的有功功率和視在功率，UValid和IValid分別對(duì)應(yīng)的是有效輸入電壓和電流值，φ為相角。從式(5)中可以看出，功率因數(shù)數(shù)值等于電壓和電流相位差的余弦值[9]。當(dāng)正弦波不發(fā)生畸變時(shí)，由于電感和電容負(fù)載的影響，會(huì)造成直流電壓的相位畸變和交流電壓波形自身的畸變，畸變后的功率因數(shù)可以表示為:

式中:I1和In分別為基波分量和第n次諧波分量，φ1代表相移角度。此時(shí)MOS 管開(kāi)始生成PWM 信號(hào)，在一段時(shí)間內(nèi)，如果MOS 管的接通時(shí)間不變，則可以維持該電感器的峰值電流波形，使得驅(qū)動(dòng)電源輸出的電流與輸入電壓相位相等，達(dá)到提高功率因數(shù)校正的目的。

2.3 利用頻率跟蹤技術(shù)控制電源工作頻率

利用頻率跟蹤電路，比較輸入、輸出信號(hào)相位，得到相位差信號(hào)，將輸入和反饋的輸出信號(hào)與相位進(jìn)行比較，得到相位差信號(hào)，利用濾波器將相位差信號(hào)中的諧波分量輸入到壓控振蕩器中，諧波頻率分量及其過(guò)濾過(guò)程可以表示為:

式中:fn為電源工作頻率，m為工作頻率的衰減量。通過(guò)實(shí)時(shí)相位差信號(hào)的讀取，實(shí)現(xiàn)LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源工作頻率的跟蹤。壓控振蕩器可以用電壓來(lái)控制電壓工作頻率的輸出，因此壓控振蕩器校正了濾波后的頻率，在此基礎(chǔ)上，在需要增加驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率時(shí)，該微控制器輸出一個(gè)3.3 V 的高電壓，在需要降低該驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率時(shí)，該微控制器輸出一個(gè)0 V 的低電平[10]。在微控制器的輸出高壓時(shí)，其電容會(huì)被充電，并且在電容上，也就是信號(hào)產(chǎn)生電路的壓控振蕩部的輸入電壓，使驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率提高，在微控制器的輸出為低壓時(shí)，降低了電容，也就是信號(hào)產(chǎn)生電路的壓控振蕩部件的輸入電壓，由此降低了驅(qū)動(dòng)信號(hào)的頻率，根據(jù)實(shí)時(shí)頻率的跟蹤結(jié)果實(shí)現(xiàn)電源頻率的調(diào)節(jié)與控制。

2.4 LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)控制的實(shí)現(xiàn)

LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)任務(wù)可以分為開(kāi)啟/關(guān)閉和調(diào)光兩個(gè)部分，在LED 設(shè)備的開(kāi)啟/關(guān)閉過(guò)程中，電源輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電流的輸出結(jié)果可以表示為:

式中:t和t0分別表示的是驅(qū)動(dòng)信號(hào)的響應(yīng)時(shí)間和生成時(shí)間，ω代表驅(qū)動(dòng)電源的運(yùn)行角速度，該參數(shù)的具體取值由工作頻率決定，而Vdrive和Lm分別為驅(qū)動(dòng)電壓和電感值[11]。按照上述開(kāi)啟/關(guān)閉驅(qū)動(dòng)方式，在LED 多路恒流電路和程序的約束下，實(shí)現(xiàn)LED設(shè)備的平穩(wěn)驅(qū)動(dòng)控制。另外，LED 調(diào)光數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)控制的過(guò)程如圖6 所示。

圖6 LED 調(diào)光任務(wù)數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)流程圖

在電源元件、電路以及驅(qū)動(dòng)程序的協(xié)同工作模式下，實(shí)現(xiàn)LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)控制，完成LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的設(shè)計(jì)。

3 性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)分析

為了測(cè)試基于頻率跟蹤的LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)性能，設(shè)計(jì)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，詳細(xì)介紹實(shí)驗(yàn)采用的樣機(jī)和條件，完成LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源控制程序的設(shè)計(jì)，執(zhí)行多個(gè)驅(qū)動(dòng)任務(wù)，并通過(guò)與預(yù)期結(jié)果的比對(duì)，證明優(yōu)化設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電源是否達(dá)到設(shè)計(jì)效果。

3.1 制作LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源樣機(jī)

根據(jù)電路的設(shè)計(jì)結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行校驗(yàn)，確認(rèn)電路不存在短路情況，然后才能進(jìn)行恒流驅(qū)動(dòng)電源硬件電路的焊接。在獨(dú)立調(diào)試LED 數(shù)字控制恒流驅(qū)動(dòng)電源時(shí)，首先采用低電壓源，并對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)的電壓進(jìn)行檢測(cè)。將LED 數(shù)字控制恒電流驅(qū)動(dòng)的電源和LED器件結(jié)合在一起。圖7 為L(zhǎng)ED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源樣機(jī)的制作結(jié)果。

圖7 LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源樣機(jī)實(shí)物圖

驅(qū)動(dòng)電源樣本硬件調(diào)試結(jié)果顯示正常后，進(jìn)行驅(qū)動(dòng)程序的調(diào)試，保證驅(qū)動(dòng)程序能夠在硬件環(huán)境中正常運(yùn)行。在軟件的調(diào)試中，可以利用示波器、邏輯分析儀、萬(wàn)用表等儀器，對(duì)某一具體的部位進(jìn)行邏輯狀態(tài)的測(cè)試和分析。

3.2 準(zhǔn)備LED 驅(qū)動(dòng)任務(wù)樣本

根據(jù)LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)方式，分別從LED 設(shè)備啟動(dòng)和調(diào)光兩個(gè)方面設(shè)置實(shí)驗(yàn)的驅(qū)動(dòng)任務(wù)樣本，其中部分樣本的準(zhǔn)備情況如表1 所示。

表1 部分LED 驅(qū)動(dòng)任務(wù)數(shù)據(jù)表

將表1 中的所有驅(qū)動(dòng)任務(wù)轉(zhuǎn)換成控制信號(hào)量，存儲(chǔ)在實(shí)驗(yàn)環(huán)境中。

3.3 設(shè)置電源驅(qū)動(dòng)性能測(cè)試指標(biāo)

此次實(shí)驗(yàn)分別從恒流控制性能和驅(qū)動(dòng)性能兩個(gè)方面進(jìn)行測(cè)試，其中恒流控制性能的量化測(cè)試指標(biāo)為電源輸出電流的波動(dòng)系數(shù)，其數(shù)值結(jié)果為:

式中:Ii和分別為第i個(gè)電源驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)和電流平均值，n為輸出的驅(qū)動(dòng)電流信號(hào)量，計(jì)算得出電流波動(dòng)系數(shù)越高，說(shuō)明設(shè)計(jì)電源的電流輸出越不平穩(wěn)。另外電源驅(qū)動(dòng)性能的測(cè)試指標(biāo)為驅(qū)動(dòng)效率，其數(shù)值結(jié)果為:

式中:Uout、Uin、Iout和Iin分別對(duì)應(yīng)的是電源電壓和電流的輸入值和輸出值，計(jì)算得出η的值越大，說(shuō)明電源的驅(qū)動(dòng)效率越高。

3.4 驅(qū)動(dòng)性能測(cè)試過(guò)程與結(jié)果分析

選擇PH25 型號(hào)的LED 設(shè)備作為實(shí)驗(yàn)的研究對(duì)象，將該設(shè)備分別與制作的電源樣機(jī)以及示波器連接在一起，方便同步顯示驅(qū)動(dòng)結(jié)果。同時(shí)啟動(dòng)LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的組成元件和電路，將準(zhǔn)備的驅(qū)動(dòng)任務(wù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入到驅(qū)動(dòng)電源中，得出執(zhí)行結(jié)果，如圖8 所示。

圖8 LED 設(shè)備驅(qū)動(dòng)任務(wù)執(zhí)行結(jié)果

由于優(yōu)化設(shè)計(jì)的LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)用了頻率跟蹤技術(shù)，為了體現(xiàn)出優(yōu)化設(shè)計(jì)電源的性能優(yōu)勢(shì)，設(shè)置未應(yīng)用頻率跟蹤技術(shù)的驅(qū)動(dòng)電源作為實(shí)驗(yàn)對(duì)比項(xiàng)。通過(guò)驅(qū)動(dòng)任務(wù)的運(yùn)行示波器顯示電源的輸出驅(qū)動(dòng)電流，如圖9 所示，CH2 表示輸入通道，Time 表示時(shí)間，縱向的“2”表示探針波形。

圖9 頻率跟蹤前后驅(qū)動(dòng)電源輸出電流波形圖

通過(guò)相關(guān)數(shù)據(jù)的提取以及式(9)的計(jì)算，得出不同方法應(yīng)用下LED 驅(qū)動(dòng)電源輸出電流的波動(dòng)系數(shù)。對(duì)比方法采用文獻(xiàn)[4]提出的無(wú)電解電容高壓大功率LED 驅(qū)動(dòng)電源設(shè)計(jì)方法。測(cè)試結(jié)果如表2 所示。

表2 驅(qū)動(dòng)電源恒流波動(dòng)系數(shù)測(cè)試結(jié)果

通過(guò)平均值計(jì)算可以得出應(yīng)用頻率跟蹤技術(shù)后驅(qū)動(dòng)電源電流波動(dòng)系數(shù)的平均值為0.084，明顯低于文獻(xiàn)方法。由此證明研究提出的基于頻率跟蹤的LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的電流穩(wěn)定性更高。另外，電源驅(qū)動(dòng)效率的測(cè)試結(jié)果，如表3 所示。

表3 電源驅(qū)動(dòng)性能測(cè)試結(jié)果

將表3 中的數(shù)據(jù)代入到式(10)中，可以得出文獻(xiàn)[4]所設(shè)計(jì)電源和本研究設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電源的平均驅(qū)動(dòng)效率分別為46.05%和88.03%，由此可見(jiàn)，基于頻率跟蹤的LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的驅(qū)動(dòng)效率更高。

4 結(jié)束語(yǔ)

恒流驅(qū)動(dòng)電源中元器件的參數(shù)值受到內(nèi)外部因素的干擾會(huì)造成電源輸出電流的波動(dòng)，因此，LED路燈恒流驅(qū)動(dòng)電源輸出電流的穩(wěn)定性和各路頻率一致性均影響著整個(gè)照明系統(tǒng)的可靠性。針對(duì)此問(wèn)題，提出基于頻率跟蹤技術(shù)的LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，以確保LED 設(shè)備接收電流信號(hào)的平穩(wěn)程度，延長(zhǎng)LED 的壽命。由實(shí)驗(yàn)測(cè)試結(jié)果可知，應(yīng)用頻率跟蹤技術(shù)后，LED 數(shù)控恒流驅(qū)動(dòng)電源的電流波動(dòng)系數(shù)得到有效降低，驅(qū)動(dòng)效率更高，說(shuō)明所設(shè)計(jì)電源可用于實(shí)際生產(chǎn)，為智能控制提供一種新型研發(fā)思路。