發(fā)光二極管一直以來(lái)都被當(dāng)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(qiáng)大的光源,可用于室內(nèi)照明、標(biāo)識(shí)牌、顯示屏和裝飾照明應(yīng)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(jì)最為熱門(mén)的話(huà)題之一,而且會(huì)很快成為世界各地設(shè)計(jì)人員需要考慮的最重要問(wèn)題之一。
對(duì)燈具制造商而言,使用LED具有諸多優(yōu)勢(shì)。不過(guò),試圖盡早趕上LED浪潮的廠(chǎng)商數(shù)量也不少,因此產(chǎn)品的差異化非常重要。另外,當(dāng)能耗和人力成本成為設(shè)計(jì)需要考慮的主要問(wèn)題時(shí),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(cè)自身狀況、根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果調(diào)整工作模式、在失效后能夠進(jìn)入安全狀態(tài)的能力等都是對(duì)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(shí)現(xiàn)步驟。
輸入低電壓閉鎖:
LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的輸入電壓一般是直流電壓。電源由離線(xiàn)的AC-DC轉(zhuǎn)換器或者總線(xiàn)提供。除了為L(zhǎng)ED驅(qū)動(dòng)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)。控制器電源一般設(shè)計(jì)為當(dāng)輸入電壓略高于要求的輸出電壓時(shí),就開(kāi)始工作。比如,5V的調(diào)節(jié)器會(huì)在輸入電壓達(dá)到6-7V時(shí)就開(kāi)始工作。不過(guò),這個(gè)電源的穩(wěn)態(tài)可以是為由5-6個(gè)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(huì)假定電源可用并開(kāi)啟LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)(假設(shè)其配置如此),隨后LED驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)將試圖進(jìn)入正常工作狀態(tài)。如果此時(shí)輸入的電壓只有10V,要求電源提供的電流將遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(huì)超出線(xiàn)纜、連接器和輸入電源其他組件的額定承受能力,可能導(dǎo)致系統(tǒng)永久損壞。
為了避免發(fā)生這種情況,系統(tǒng)應(yīng)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(dòng)作應(yīng)該設(shè)計(jì)為只有輸入電壓超過(guò)正常工作的閾值時(shí),電源部分才會(huì)啟用。另外,并非比較器一開(kāi)啟,電壓系統(tǒng)就馬上啟動(dòng)。固件應(yīng)對(duì)比較器的輸出進(jìn)行輪詢(xún),檢查這種狀態(tài)是否一致(因?yàn)楸容^器是組合邏輯電路的組成部分),然后再啟動(dòng)電源系統(tǒng)。
負(fù)載(LED)監(jiān)測(cè):
這里的負(fù)載具有經(jīng)過(guò)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(cè)負(fù)載,這里的目的是確保有合適的負(fù)載電流流過(guò)。LED易于損壞,特別是在開(kāi)路或者短路發(fā)生的時(shí)候。導(dǎo)致這些類(lèi)型故障的原因包括線(xiàn)纜松動(dòng)、連接器松動(dòng)、PCB組裝問(wèn)題,等等。通道出現(xiàn)短路會(huì)導(dǎo)致MOSFET損壞(起開(kāi)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(huì)導(dǎo)致大電流的出現(xiàn),并釋放大量熱量。為了保護(hù)系統(tǒng)及其周邊免受故障的不良影響,控制器應(yīng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控負(fù)載狀況的能力。
我們不妨考慮開(kāi)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(huì)讓開(kāi)關(guān)(MOSFET)一直開(kāi)著,以試圖讓電流流往指定的地方。但這樣不會(huì)解決問(wèn)題。類(lèi)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(huì)試圖關(guān)閉開(kāi)關(guān),但如果MOSFET已經(jīng)損壞,它不會(huì)對(duì)這些控制信號(hào)做出響應(yīng),問(wèn)題同樣無(wú)法解決。
智能化的LED燈具應(yīng)該能夠檢測(cè)這些狀況,并將系統(tǒng)置于可以安全避免故障導(dǎo)致不良后果的狀況。實(shí)現(xiàn)這種目標(biāo)的其中一種方法是強(qiáng)制熔斷保險(xiǎn)絲,從而切斷整個(gè)系統(tǒng)的電源。另一種方式是向“母”控制器發(fā)出某種信號(hào),或者停止向“母”控制器發(fā)出某種信號(hào),以指示故障狀況。為此,系統(tǒng)必須能夠首先監(jiān)測(cè)負(fù)載電流或者電壓值。為測(cè)量電流,在LED線(xiàn)路中引入了一個(gè)電流感應(yīng)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(cè)得的電流值采取相應(yīng)的行動(dòng)。例如,如果通過(guò)LED的電流為500mA,但ADC只測(cè)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(hào),啟動(dòng)“熔斷保險(xiǎn)絲”電路,強(qiáng)行熔斷保險(xiǎn)絲。
在諸如升壓電路這樣的電路中,存在著一個(gè)大容量電容器,故持續(xù)監(jiān)控負(fù)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(kāi)關(guān)斷開(kāi)的周期內(nèi)充電,在開(kāi)關(guān)閉合的周期內(nèi)放電。如果負(fù)載出現(xiàn)開(kāi)路,電容不會(huì)放電但充電仍在繼續(xù)。如果置之不理,電容兩端的電壓會(huì)迅速升至很高,可能導(dǎo)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(guò)充電的電容會(huì)在短時(shí)內(nèi)造成過(guò)大電流通過(guò)負(fù)載,這樣可能永久地?fù)p壞LED。
大容量電容兩端接上電阻分壓網(wǎng)絡(luò),可以把輸出電壓降至微控制器可以處理的范圍。信號(hào)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(dāng)電壓超過(guò)預(yù)設(shè)的限值,比較器就會(huì)打開(kāi)開(kāi)關(guān),關(guān)閉系統(tǒng)。
環(huán)境條件監(jiān)測(cè):
LED燈具會(huì)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(cè)到人進(jìn)出房間,在人離開(kāi)房間后關(guān)閉或者降低亮度,對(duì)節(jié)能頗有好處。這可以節(jié)省電力,進(jìn)而節(jié)省公司的電費(fèi)。此外還可以有效利用LED,延長(zhǎng)其