LED燈具電源智能熱備份設計

聶叢偉

摘 要：隨著半導體照明產業的蓬勃發展，LED燈具憑借著光效高、色溫覆蓋范圍廣、智能控制等較傳統照明明燈具不可比擬的優勢被越來越被更多的人接受與喜愛。特別是在重要場合、重要會議上的應用也越來越加普遍，但是這些場合對燈光的不間斷工作有著嚴格要求，本文就是基于這個出發點，設計了大功率LED燈具電源智能熱備份系統很好地解決了這一難題，達到了很好效果。

關鍵詞：LED燈具電源；智能；熱備份

一、LED燈具電源備份方案比較

大功率LED燈具備份電源的主要作用是：當LED照明燈具的工作電源出現故障時，備份電源無間斷地投入工作，從而達到不影響照明效果的目的。常見的電源備份方案有冷備份、熱備份、智能熱備份。三種常見的電源備份方案工設計情況如下：

LED燈具冷備份電源設計： 冷備份方式是指照明燈具由兩個或多個功能相同的電源或驅動模塊組成，照明系統啟動后由其中一個電源模塊向LED照明光源供電，當照明電源發生故障時，備份照明電源立刻啟動并向LED照明設備供電。這種方式的缺點是備份電源的啟動到輸出正常工作電壓需要一定的時間，容易造成輸出電壓出現較大的空歇，這樣以來會對LED光源、照明環境和照明效果產生嚴重影響。備份的電源正常情況下并不工作，只在工作電源出現故障時，也就是出現暗燈現象后，需要人為啟動后投入工作。所以，該方案需要人為監測，并且還需人為干預。所以，冷備份方案技術平較低，在實際照明工程中不被人們所采用。

LED燈具熱備份電源設計：備份的電源正常情況下也處于工作狀態，當工作電源出現故障時，備份電源無間斷地投入工作。通常，LED熱備份電源設計中的直流電源中選用與工作電源型號相同的電源，甚至不需要區分和識別工作電源和備份電源，所有的電源輸出完全處于并聯狀態，而且均流輸出。當其中任一電源出現故障，其它電源共同承擔全部載荷。各電源輸出間通過二極管隔離，故障電源不影響其它的輸出和運行，整個系統可靠性很高。但是，這種形式的備份設計在某一電源出現故障時，不具有提示功能，多塊電源起不到很好的協同作用。

LED燈具智能熱備份電源設計：在設計某些要求等級高的照明系統時，要求其照明電源的備份采取智能設計。我們稱這種技術為LED智能熱備份電源設計。這種設計比上述的單純的熱備份系統有優勢，單純的熱備份系統由于多塊相同型號的電源同時工作，會產生大量的熱。熱也是影響LED燈具可靠性的關鍵因素，另外二極管也會增加整個燈具的功耗。本文設計的智能熱備份電源系統是工作電源正常工作時，備份電源幾乎不工作，一旦工作電源出現故障，備份電源通過智能控制電路立即啟動，并且在極短時間內輸出和工作電源相同指標的電壓、電流。并具有提醒工作人員的功能，工作電源已經出現故障，備份電源已經投入工作。

二、組成及工作原理

LED燈具智能熱備份電源系統有兩塊型號相同的開關電源組成，這種電源采取輸出電壓可調的電源、智能熱備份控制模塊、LED光源恒流控制模塊和警示模塊組成。電源參數是220V（AC）輸入，48V（DC）輸出，智能熱備份控制器有四個輸入接線端子和兩個輸出接線端子以及核心控制電路組成。LED光源恒流控制模塊實現的功能是輸出恒定電路1.255A，由于采用降壓恒流控制模式，要求恒流裝置的輸入電壓要求在46V（DC）以上。警示模塊采用無線發射模式。

LED燈具智能熱備份電源采用LTC 4416芯片作為核心控制器件，LTC4416芯片通過連接兩個外置MOSFET，來控制兩塊型號相同的電源的輸出。MOSFET的壓降一般在幾十個毫伏。因此，功耗非常小，比用二極管節能很多，同時也不會產生太多熱量，進而很好地延長了整個燈具的壽命。LTC4416在兩路輸入電源的電壓相同（差值小于100 mV）時，通過G1、G2控制兩個MOSFET同時導通，使兩路輸入同時給負載提供電流。當輸入電源電壓不同時，輸出電源電壓可能高于某路輸入電源電壓，這時LTC4416可以防止輸出向輸入倒灌電流。這是因為芯片一直監測輸入與輸出之間的電壓差，當輸出側電壓比輸入側電壓高25 mV時，芯片控制G1或G2立即關斷MOSFET，防止電流倒流。

智能提醒功能采用短距離短、低功耗且傳輸速率不高的ZigBee技術數據傳輸。通過無線數據傳輸網絡和自動無線發送與接收功能，準確及時地報告故障電源的位置。

智能備份電源的另一個創新之處，在于它能夠通過故障警示提醒備份電源中應經開始工作，意味著主電源出現了故障，提醒維護工人及時維修與更換。

三、LED燈具實際測試

采用智能熱備份的大功率LED照明燈具可以通過處于照明環境的人的感受來測試其效果，也可以采用示波器觀察。采用示波器觀察時，將示波器接在照明燈具的輸入端，觀察到工作狀態正常，認為切斷其中一路的供電電源輸出。觀察示波器的現實波形和間斷時間間隔。

經觀察得到，當切斷一路輸出時，備份電源立即向LED燈具輸出電壓，在15毫秒之內電壓達到正常值，燈具基本無任何變化。不會引起人們對照明環境的不適應。實際測試還可以在照明燈具垂直向下的范圍內，放置照度計測試照度變化，經多次驗證測試，切斷其中一路電源，備份電源啟動工作這一過程，照度值有個輕微變化，變化范圍在±12%之間浮動，并且在極短時間內趨于設計值，基本對照明環境無影響。

四、結語

本文給出了一種實現大功率LED燈具智能熱備份電源的設計方案，其電路較為簡潔、可靠。該電源設計方案解決的LED燈具在重要場合重要會議等環境下某一電源故障出現后很快切換，從而不影響照明效果，有利于提高LED燈具電源整體的可靠性。利用無線傳輸的警示裝置，及時準確地向維護工人傳達故障電源的狀態時該方案設計的一個創新之處。在LED大功率照明場所應用中，還可以要仔細選取更為經濟可靠的電源備份方案，以減小輸出電壓對LED光源的影響，同時還應該考慮采用輸出電壓多點反饋方式，以補償切換開關對LED照明燈具的影響。

參考文獻：

[1] 一種冗余熱備份電源的設計.

[2] LTC4416中文數據手冊.

[3] 飛行控制計算機雙機熱備份技術研究.葉昕.

[4] 網關設備GWM模塊熱備份設計.謝景陽5.ZigBee技術詳細解析.