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深度解析之如何構(gòu)建智能化的LED燈具

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-21     來源:[標簽:出處]     作者:[標簽:作者]     瀏覽次數(shù):111
核心提示:

  發(fā)光二極管一直以來都被當作低成本的指示燈用在各種電子產(chǎn)品上。目前,它們已經(jīng)成為強大的光源,可用于室內(nèi)照明、標識牌、顯示屏和裝飾照明應用。與白熾燈和熒光燈相比,由于產(chǎn)生相同亮度所消耗的能量要小得多,LED的地位正在日益攀升。能源是本世紀最為熱門的話題之一,而且會很快成為世界各地設(shè)計人員需要考慮的最重要問題之一。 

  對燈具制造商而言,使用LED具有諸多優(yōu)勢。不過,試圖盡早趕上LED浪潮的廠商數(shù)量也不少,因此產(chǎn)品的差異化非常重要。另外,當能耗和人力成本成為設(shè)計需要考慮的主要問題時,大型照明設(shè)備也幾乎需要“智能化”。讓燈具具備與“母”控制器通信、監(jiān)測自身狀況、根據(jù)監(jiān)測結(jié)果調(diào)整工作模式、在失效后能夠進入安全狀態(tài)的能力等都是對新一代LED燈具的期望。本文將探討部分適合于LED燈具的“智能化”選擇及其實現(xiàn)步驟。 

  輸入低電壓閉鎖: 

  LED驅(qū)動系統(tǒng)的輸入電壓一般是直流電壓。電源由離線的AC-DC轉(zhuǎn)換器或者總線提供。除了為LED驅(qū)動器供電,電源還用于為系統(tǒng)中的控制器供電(需先轉(zhuǎn)換為適合控制器使用的5V或者3.3V電壓)?刂破麟娫匆话阍O(shè)計為當輸入電壓略高于要求的輸出電壓時,就開始工作。比如,5V的調(diào)節(jié)器會在輸入電壓達到6-7V時就開始工作。不過,這個電源的穩(wěn)態(tài)可以是為由5-6個LED構(gòu)成的LED串、每串電流為1A供電的24V電源。一旦控制器加電,控制器就會假定電源可用并開啟LED驅(qū)動系統(tǒng)(假設(shè)其配置如此),隨后LED驅(qū)動系統(tǒng)將試圖進入正常工作狀態(tài)。如果此時輸入的電壓只有10V,要求電源提供的電流將遠遠大于穩(wěn)態(tài)下的電流,系統(tǒng)將由于這種瞬發(fā)的電流突增而崩潰。這種超額電流需求也會超出線纜、連接器和輸入電源其他組件的額定承受能力,可能導致系統(tǒng)永久損壞。 

  為了避免發(fā)生這種情況,系統(tǒng)應具有“低壓閉鎖”功能。采用的硬件是電阻分壓器,可以逐步把輸入電壓降低到控制器的輸入可以承受的范圍。輸入在內(nèi)部與比較器相連?刂破鳎ü碳┑膭幼鲬撛O(shè)計為只有輸入電壓超過正常工作的閾值時,電源部分才會啟用。另外,并非比較器一開啟,電壓系統(tǒng)就馬上啟動。固件應對比較器的輸出進行輪詢,檢查這種狀態(tài)是否一致(因為比較器是組合邏輯電路的組成部分),然后再啟動電源系統(tǒng)。 

  負載(LED)監(jiān)測: 

  這里的負載具有經(jīng)過LED且受調(diào)整的恒定電流。雖然電流調(diào)整系統(tǒng)已經(jīng)在監(jiān)測負載,這里的目的是確保有合適的負載電流流過。LED易于損壞,特別是在開路或者短路發(fā)生的時候。導致這些類型故障的原因包括線纜松動、連接器松動、PCB組裝問題,等等。通道出現(xiàn)短路會導致MOSFET損壞(起開關(guān)作用)。鑒于這些系統(tǒng)的功率,在出現(xiàn)故障的情況下,會導致大電流的出現(xiàn),并釋放大量熱量。為了保護系統(tǒng)及其周邊免受故障的不良影響,控制器應具備實時監(jiān)控負載狀況的能力。 

  我們不妨考慮開路情況,其中供電流流經(jīng)的路徑不存在。如果讓電流調(diào)整系統(tǒng)自行處理,它會讓開關(guān)(MOSFET)一直開著,以試圖讓電流流往指定的地方。但這樣不會解決問題。類似的,在出現(xiàn)電流不受控制地突增的短路情況下。反饋系統(tǒng)會試圖關(guān)閉開關(guān),但如果MOSFET已經(jīng)損壞,它不會對這些控制信號做出響應,問題同樣無法解決。 
智能化的LED燈具應該能夠檢測這些狀況,并將系統(tǒng)置于可以安全避免故障導致不良后果的狀況。實現(xiàn)這種目標的其中一種方法是強制熔斷保險絲,從而切斷整個系統(tǒng)的電源。另一種方式是向“母”控制器發(fā)出某種信號,或者停止向“母”控制器發(fā)出某種信號,以指示故障狀況。為此,系統(tǒng)必須能夠首先監(jiān)測負載電流或者電壓值。為測量電流,在LED線路中引入了一個電流感應電阻,并將其兩端的電壓(在放大后)輸入ADC。ADC的數(shù)字輸出受處理器監(jiān)控,并根據(jù)測得的電流值采取相應的行動。例如,如果通過LED的電流為500mA,但ADC只測得10mA,就可以視為出現(xiàn)故障。控制器隨即向“母”控制器發(fā)出信號,啟動“熔斷保險絲”電路,強行熔斷保險絲。 

  在諸如升壓電路這樣的電路中,存在著一個大容量電容器,故持續(xù)監(jiān)控負載的電壓非常重要。在升壓系統(tǒng)正常工作的條件下,大容量電容器在開關(guān)斷開的周期內(nèi)充電,在開關(guān)閉合的周期內(nèi)放電。如果負載出現(xiàn)開路,電容不會放電但充電仍在繼續(xù)。如果置之不理,電容兩端的電壓會迅速升至很高,可能導致MOSFET這樣的零件損壞。如果在連接松弛的情況下突然閉合電路,過充電的電容會在短時內(nèi)造成過大電流通過負載,這樣可能永久地損壞LED。 

  大容量電容兩端接上電阻分壓網(wǎng)絡,可以把輸出電壓降至微控制器可以處理的范圍。信號隨之輸入到比較器,比較器的輸出連接到可將其關(guān)閉的電流調(diào)節(jié)系統(tǒng)。當電壓超過預設(shè)的限值,比較器就會打開開關(guān),關(guān)閉系統(tǒng)。 

  環(huán)境條件監(jiān)測: 

  LED燈具會放置在各種環(huán)境中工作。在辦公室環(huán)境中,如果燈具能夠檢測到人進出房間,在人離開房間后關(guān)閉或者降低亮度,對節(jié)能頗有好處。這可以節(jié)省電力,進而節(jié)省公司的電費。此外還可以有效利用LED,延長其

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