闭环控制LED路灯电源

2015-11-02改造者范连波

中国科技信息 2015年10期

改造者：范连波

闭环控制LED路灯电源

改造者：范连波

在维修沈阳经济开发区LED路灯时发现所有路灯灯杆带电，经过仔细检测发现是LED路灯开关电源工作时产生的谐波使整个电力系统中性点带电引起的故障。公司开始研发新型电源，取代LED路灯开关电源。此项研发是实际工作中发现问题，解决问题。

目前国内外LED照明驱动电源大部分采用开关电源，每个开关电源中有多个部分能产生谐波污染电网（整流、开关管、高频变压器产生的谐波污染）开关电源产生的谐波成分复杂。开关电源使用范围很广，它的工作原理是把交流整流成直流，通过开关管产生脉冲直流输入变压器初级，在变压器次级感应出电流，整流后供给用电设备。开关电源的工作频率比较高一般在40kHz左右，在开关管开、关时，反射40kHz的频率至电源。虽然这种用电设备单台功率不大，但它的应用范围非常广，它还产生很多三次谐波，造成电力变压器中性线电流居高不下，而且三次谐波还会通过电力变压器污染到10kV电网。开关电源电路复杂故障率高，成本高。当大量使用开关电源时产生的干扰频率不可能一致，所以集中消除非常困难。开关电源故障率占灯具总故障率40％，（美国能源之星统计）往往LED灯珠没坏电源驱动先损坏。由于使用开关电源的LED灯具污染电网和驱动电源故障率高等情况，严重制约了LED这种节能光源推广。寻求用新型电源代替开关电源成为企业研发目标，为LED这种节能光源推广和发展服务。闭环控制LED电源设计思路是电源工作时可控硅以最大导通角运行，（或者采用过零触发电路）使控硅导通角达到最大，输出完整的正弦波。实际工况是由于温度变化引起热敏电阻阻值变化，使可控硅导通角变化，可控硅没有完全导通产生缺角正弦波，整个LED照明系统调压可控硅导通角都在变化产生谐波。但是此谐波形状相同频率接近，电路本身消除加集中消除可以解决问题。国外采用后沿相调光电路降低电网污染，提高功率因数。其实如果污染源谐波一样，采用集中消除和集中提高功率因数意义更大。目前电力部门为解决非线性用电设备和其它谐波污染源的污染问题，基本方法有两个：一个是安装谐波补偿装置来消除谐波，另一个是对生产电子产品本身进行改造，使产品不产生谐波，但是这有一定困难因为电子元件参数受温度、湿度、时间影响会发生变化，出厂时指标合格不代表运行一段时间后合格。

电力系统消除谐波装置简单方法就是采用LC调谐滤波器。这种方法既可消除谐波，又可提高功率因数，一直被广泛使用。这种方法的主要缺点是容易和系统发生并联谐振，导致谐波被放大，使LC滤波器过载甚至损坏。另外，它只能消除固定频率的谐波，闭环控制LED电源产生的谐波就是固定的缺角正弦波。在整个LED路灯照明系统，电源采用这种补偿成本低容易推广。

闭环控制LED电源电路说明

闭环控制LED电源可控硅以接近最大导通角运行，（LED灯具功率80W左右）功率因数0.8左右，使其工作波形尽可能接近正弦波，减少“削波”。RT是正温系数热敏电阻放置在LED灯板合适位置，（温度最高的中心位置）检测LED发光温度，当LED灯具和环境温度升高时可控硅导通角变小，使输入全桥交流电压降低，整流输出电流减少，两个温度不可能剧烈变化，所以电压、电流变化平稳，不会对电网造成冲击。当工况和LED开关电源那样大面积使用时，闭环控制LED电源产生谐波单一，容易集中消除。闭环控制LED电源既不“恒流”也不“恒压”利用LED灯珠的电流可以大范围变化，和对温度的要求来满足使用条件。具体操作方法是：根据本地区夏季最高温度来设定最大安全电流，LED灯具根据环境温度+灯具自身升温自动调节灯具电流。可控硅直接控制整流全桥输入交流电压，不加电容滤波尽量减少对电网的干扰。交流电两个周期都被利用。利用人体视觉暂停机理连续发光。

调试方法

检查焊接电路无误后，把R3调整到阻值最大位置，（防止接入电源后可控硅导通角过大损坏LED灯珠）把热敏电阻放到恒温箱内，恒温箱设定温度50℃（某地区最高气温）放置一分钟后，电路接入220V电源，慢慢调节R3，调到LED灯具发光，测量R1两端电压，使U/ R1=310mA然后把热敏电阻放到冷冻箱使U/R1的值不超过350mA根据此样品电阻值进行批量焊接生产。