閉環(huán)控制LED路燈電源

改造者：范連波

閉環(huán)控制LED路燈電源

改造者：范連波

在維修沈陽經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)LED路燈時(shí)發(fā)現(xiàn)所有路燈燈桿帶電，經(jīng)過仔細(xì)檢測發(fā)現(xiàn)是LED路燈開關(guān)電源工作時(shí)產(chǎn)生的諧波使整個電力系統(tǒng)中性點(diǎn)帶電引起的故障。公司開始研發(fā)新型電源，取代LED路燈開關(guān)電源。此項(xiàng)研發(fā)是實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。

目前國內(nèi)外LED照明驅(qū)動電源大部分采用開關(guān)電源，每個開關(guān)電源中有多個部分能產(chǎn)生諧波污染電網(wǎng)（整流、開關(guān)管、高頻變壓器產(chǎn)生的諧波污染）開關(guān)電源產(chǎn)生的諧波成分復(fù)雜。開關(guān)電源使用范圍很廣，它的工作原理是把交流整流成直流，通過開關(guān)管產(chǎn)生脈沖直流輸入變壓器初級，在變壓器次級感應(yīng)出電流，整流后供給用電設(shè)備。開關(guān)電源的工作頻率比較高一般在40kHz左右，在開關(guān)管開、關(guān)時(shí)，反射40kHz的頻率至電源。雖然這種用電設(shè)備單臺功率不大，但它的應(yīng)用范圍非常廣，它還產(chǎn)生很多三次諧波，造成電力變壓器中性線電流居高不下，而且三次諧波還會通過電力變壓器污染到10kV電網(wǎng)。開關(guān)電源電路復(fù)雜故障率高，成本高。當(dāng)大量使用開關(guān)電源時(shí)產(chǎn)生的干擾頻率不可能一致，所以集中消除非常困難。開關(guān)電源故障率占燈具總故障率40％，（美國能源之星統(tǒng)計(jì)）往往LED燈珠沒壞電源驅(qū)動先損壞。由于使用開關(guān)電源的LED燈具污染電網(wǎng)和驅(qū)動電源故障率高等情況，嚴(yán)重制約了LED這種節(jié)能光源推廣。尋求用新型電源代替開關(guān)電源成為企業(yè)研發(fā)目標(biāo)，為LED這種節(jié)能光源推廣和發(fā)展服務(wù)。閉環(huán)控制LED電源設(shè)計(jì)思路是電源工作時(shí)可控硅以最大導(dǎo)通角運(yùn)行，（或者采用過零觸發(fā)電路）使控硅導(dǎo)通角達(dá)到最大，輸出完整的正弦波。實(shí)際工況是由于溫度變化引起熱敏電阻阻值變化，使可控硅導(dǎo)通角變化，可控硅沒有完全導(dǎo)通產(chǎn)生缺角正弦波，整個LED照明系統(tǒng)調(diào)壓可控硅導(dǎo)通角都在變化產(chǎn)生諧波。但是此諧波形狀相同頻率接近，電路本身消除加集中消除可以解決問題。國外采用后沿相調(diào)光電路降低電網(wǎng)污染，提高功率因數(shù)。其實(shí)如果污染源諧波一樣，采用集中消除和集中提高功率因數(shù)意義更大。目前電力部門為解決非線性用電設(shè)備和其它諧波污染源的污染問題，基本方法有兩個：一個是安裝諧波補(bǔ)償裝置來消除諧波，另一個是對生產(chǎn)電子產(chǎn)品本身進(jìn)行改造，使產(chǎn)品不產(chǎn)生諧波，但是這有一定困難因?yàn)殡娮釉?shù)受溫度、濕度、時(shí)間影響會發(fā)生變化，出廠時(shí)指標(biāo)合格不代表運(yùn)行一段時(shí)間后合格。

電力系統(tǒng)消除諧波裝置簡單方法就是采用LC調(diào)諧濾波器。這種方法既可消除諧波，又可提高功率因數(shù)，一直被廣泛使用。這種方法的主要缺點(diǎn)是容易和系統(tǒng)發(fā)生并聯(lián)諧振，導(dǎo)致諧波被放大，使LC濾波器過載甚至損壞。另外，它只能消除固定頻率的諧波，閉環(huán)控制LED電源產(chǎn)生的諧波就是固定的缺角正弦波。在整個LED路燈照明系統(tǒng)，電源采用這種補(bǔ)償成本低容易推廣。

閉環(huán)控制LED電源電路說明

閉環(huán)控制LED電源可控硅以接近最大導(dǎo)通角運(yùn)行，（LED燈具功率80W左右）功率因數(shù)0.8左右，使其工作波形盡可能接近正弦波，減少“削波”。RT是正溫系數(shù)熱敏電阻放置在LED燈板合適位置，（溫度最高的中心位置）檢測LED發(fā)光溫度，當(dāng)LED燈具和環(huán)境溫度升高時(shí)可控硅導(dǎo)通角變小，使輸入全橋交流電壓降低，整流輸出電流減少，兩個溫度不可能劇烈變化，所以電壓、電流變化平穩(wěn)，不會對電網(wǎng)造成沖擊。當(dāng)工況和LED開關(guān)電源那樣大面積使用時(shí)，閉環(huán)控制LED電源產(chǎn)生諧波單一，容易集中消除。閉環(huán)控制LED電源既不“恒流”也不“恒壓”利用LED燈珠的電流可以大范圍變化，和對溫度的要求來滿足使用條件。具體操作方法是：根據(jù)本地區(qū)夏季最高溫度來設(shè)定最大安全電流，LED燈具根據(jù)環(huán)境溫度+燈具自身升溫自動調(diào)節(jié)燈具電流?？煽毓柚苯涌刂普魅珮蜉斎虢涣麟妷海患与娙轂V波盡量減少對電網(wǎng)的干擾。交流電兩個周期都被利用。利用人體視覺暫停機(jī)理連續(xù)發(fā)光。

調(diào)試方法

檢查焊接電路無誤后，把R3調(diào)整到阻值最大位置，（防止接入電源后可控硅導(dǎo)通角過大損壞LED燈珠）把熱敏電阻放到恒溫箱內(nèi)，恒溫箱設(shè)定溫度50℃（某地區(qū)最高氣溫）放置一分鐘后，電路接入220V電源，慢慢調(diào)節(jié)R3，調(diào)到LED燈具發(fā)光，測量R1兩端電壓，使U/ R1=310mA然后把熱敏電阻放到冷凍箱使U/R1的值不超過350mA根據(jù)此樣品電阻值進(jìn)行批量焊接生產(chǎn)。

產(chǎn)品價(jià)值

此電源在LED路燈照明工程中有巨大的商業(yè)價(jià)值，有四點(diǎn)可以證明。

一、對電網(wǎng)污染一定比開關(guān)電源少，因?yàn)槊總€燈具產(chǎn)生的諧波頻率接近，電路本身LC濾波消除，再加集中濾波消除。

二、此電源價(jià)位是開關(guān)電源的1/3。

三、稍加改動就可以方便進(jìn)行自動或手動調(diào)光。

四、使用電氣元件故障率非常少比開關(guān)電源低。通過5個月實(shí)驗(yàn)室運(yùn)行沒有發(fā)現(xiàn)問題。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.10.038