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浅析电子信息技术在LED照明中的应用

上传人:未知

上传时间: 2011-05-24

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  模型二:电源+控制+光源

  模型二比模型一多了一个控制模块,这就大大丰富了LED照明的功能。如果说模型一只是一个照明产品,那么模型二可以说是一个照明系统了。由于加入了控制模块,电源就变成恒压型开关电源了,但是LED光源的工作还是需要恒流型电源,这部分(恒流驱动)我们放在控制模块中一起实现了。下面,我们重点分析一下LED照明的控制系统。

  LED照明的控制系统,可大可小,功能丰富。如:无线遥控调光系统、色温可调照明系统、RGB调光调色系统、模拟日光照明系统、带DALI协议的智能照明系统、基于ZigBee和GPRS的无线路灯控制系统等。透过现象看本质,所有这些照明控制系统,都是利用电子技术领域中的嵌入式技术、通信技术、传感器技术、计算机技术以及电力电子技术等发展建立起来的。看似纷繁复杂化,其实有据可循。

  为了理清脉络,我们可以将LED照明控制系统分为8个层次,逐层阐述。如果我们能够把每个层次的技术方案做好,那么任何复杂的控制系统我们都可以像“搭积木”一样,轻松的实现。

  LED照明控制系统的8个层次由底向上依次为:供电层、驱动层、光层、感器层、议层、信层、作层、统实现层。

  供电层

  供电层为整个控制系统提供高效稳定的直流电源。与LED光源工作需要的恒流电源不同,控制系统的工作需要的是恒压电源。供电层的电源获得有两个途径:一是从LED照明灯具上的恒压电源上获取,这是一个DC-DC(直流到直流)转换,因为灯具上的恒压电源的电压通常很高,而控制系统的电压很低,所以要做一个从直流到直流的降压转换;二是从交流市电获取,这是一个AC-DC(交流到直流)转换,为了安全,通常也要做成隔离型的开关电源,因为控制系统的功耗通常很低,所以这里的恒压电源对转换效率的要求就不是很高。

  驱动层

  前面提到,模型二中电源部分是恒压源,而LED光源的工作需要恒流源,因此,在控制系统中要有一个恒流驱动模块,为LED光源的正常工作提供恒流源。在恒流驱动的设计上,一般是采用专用的驱动芯片,并配合一定的外围电路。

  驱动芯片的输出端通常是带有一串LED,输出的恒定电流就是LED的工作电流。输出的电压范围越高,可带的LED数量就越多。也有例外的情况,输出端要并联多串LED,这时,我们要给每串LED串联一个小电阻来实现电流的分流。驱动芯片一般还有一个PWM(脉冲宽度调制)的端口,用于实现调光控制,这是实现智能照明的基础。恒流驱动方案的优劣,直接关系到LED照明的可靠性和使用寿命。因此,对LED驱动技术的研究,尤为重要。

  调光层

  LED照明之所以容易实现智能控制,是因为它容易实现调光控制。所有智能化功能的体现,都是通过调光功能实现的。对于LED照明调光的理解,不能只限于调节光的亮度,还包括对LED色温和色彩的调节。这也正是LED照明能够颠覆传统照明的一个主要因素。调光技术的实现方式,有模拟和数字两种。其中,数字调光主要是通过PWM(脉冲宽度调制)技术实现的,它是现在LED调光方案的主要手段。PWM信号可以通过对微控制器的编程实现,产生不同的占空比,从而实现LED照明的调光。设计一款LED“三调”(亮度、色温、色彩)功能的集成方案,是这个层次的研究重心。

  传感器层

  前面讲到的驱动层和调光层,是从系统输出的角度分析的。显然,传感器层就是智能系统的输入了。它就像智能系统的眼睛和耳朵,能够感受外部环境的变化,并把这些变化转化成电学信号,传递给智能系统的大脑--中央处理器,进行分析和处理。在照明控制领域,我们关心的传感器主要有:光敏传感器,采集自然光的亮度信息;人体传感器,检测灯具附近是否有人的存在;温度传感器,采集外部环境的温度信息;还有对系统工作时的电流电压等数据的采集和分析。

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