LED灯具电源智能热备份设计

聂丛伟

摘 要：随着半导体照明产业的蓬勃发展，LED灯具凭借着光效高、色温覆盖范围广、智能控制等较传统照明明灯具不可比拟的优势被越来越被更多的人接受与喜爱。特别是在重要场合、重要会议上的应用也越来越加普遍，但是这些场合对灯光的不间断工作有着严格要求，本文就是基于这个出发点，设计了大功率LED灯具电源智能热备份系统很好地解决了这一难题，达到了很好效果。

关键词：LED灯具电源；智能；热备份

一、LED灯具电源备份方案比较

大功率LED灯具备份电源的主要作用是：当LED照明灯具的工作电源出现故障时，备份电源无间断地投入工作，从而达到不影响照明效果的目的。常见的电源备份方案有冷备份、热备份、智能热备份。三种常见的电源备份方案工设计情况如下：

LED灯具冷备份电源设计： 冷备份方式是指照明灯具由两个或多个功能相同的电源或驱动模块组成，照明系统启动后由其中一个电源模块向LED照明光源供电，当照明电源发生故障时，备份照明电源立刻启动并向LED照明设备供电。这种方式的缺点是备份电源的启动到输出正常工作电压需要一定的时间，容易造成输出电压出现较大的空歇，这样以来会对LED光源、照明环境和照明效果产生严重影响。备份的电源正常情况下并不工作，只在工作电源出现故障时，也就是出现暗灯现象后，需要人为启动后投入工作。所以，该方案需要人为监测，并且还需人为干预。所以，冷备份方案技术平较低，在实际照明工程中不被人们所采用。

LED灯具热备份电源设计：备份的电源正常情况下也处于工作状态，当工作电源出现故障时，备份电源无间断地投入工作。通常，LED热备份电源设计中的直流电源中选用与工作电源型号相同的电源，甚至不需要区分和识别工作电源和备份电源，所有的电源输出完全处于并联状态，而且均流输出。当其中任一电源出现故障，其它电源共同承担全部载荷。各电源输出间通过二极管隔离，故障电源不影响其它的输出和运行，整个系统可靠性很高。但是，这种形式的备份设计在某一电源出现故障时，不具有提示功能，多块电源起不到很好的协同作用。

LED灯具智能热备份电源设计：在设计某些要求等级高的照明系统时，要求其照明电源的备份采取智能设计。我们称这种技术为LED智能热备份电源设计。这种设计比上述的单纯的热备份系统有优势，单纯的热备份系统由于多块相同型号的电源同时工作，会产生大量的热。热也是影响LED灯具可靠性的关键因素，另外二极管也会增加整个灯具的功耗。本文设计的智能热备份电源系统是工作电源正常工作时，备份电源几乎不工作，一旦工作电源出现故障，备份电源通过智能控制电路立即启动，并且在极短时间内输出和工作电源相同指标的电压、电流。并具有提醒工作人员的功能，工作电源已经出现故障，备份电源已经投入工作。

二、组成及工作原理

LED灯具智能热备份电源系统有两块型号相同的开关电源组成，这种电源采取输出电压可调的电源、智能热备份控制模块、LED光源恒流控制模块和警示模块组成。电源参数是220V（AC）输入，48V（DC）输出，智能热备份控制器有四个输入接线端子和两个输出接线端子以及核心控制电路组成。LED光源恒流控制模块实现的功能是输出恒定电路1.255A，由于采用降压恒流控制模式，要求恒流装置的输入电压要求在46V（DC）以上。警示模块采用无线发射模式。

LED灯具智能热备份电源采用LTC 4416芯片作为核心控制器件，LTC4416芯片通过连接两个外置MOSFET，来控制两块型号相同的电源的输出。MOSFET的压降一般在几十个毫伏。因此，功耗非常小，比用二极管节能很多，同时也不会产生太多热量，进而很好地延长了整个灯具的寿命。LTC4416在两路输入电源的电压相同（差值小于100 mV）时，通过G1、G2控制两个MOSFET同时导通，使两路输入同时给负载提供电流。当输入电源电压不同时，输出电源电压可能高于某路输入电源电压，这时LTC4416可以防止输出向输入倒灌电流。这是因为芯片一直监测输入与输出之间的电压差，当输出侧电压比输入侧电压高25 mV时，芯片控制G1或G2立即关断MOSFET，防止电流倒流。

智能提醒功能采用短距离短、低功耗且传输速率不高的ZigBee技术数据传输。通过无线数据传输网络和自动无线发送与接收功能，准确及时地报告故障电源的位置。

智能备份电源的另一个创新之处，在于它能够通过故障警示提醒备份电源中应经开始工作，意味着主电源出现了故障，提醒维护工人及时维修与更换。

三、LED灯具实际测试

采用智能热备份的大功率LED照明灯具可以通过处于照明环境的人的感受来测试其效果，也可以采用示波器观察。采用示波器观察时，将示波器接在照明灯具的输入端，观察到工作状态正常，认为切断其中一路的供电电源输出。观察示波器的现实波形和间断时间间隔。

经观察得到，当切断一路输出时，备份电源立即向LED灯具输出电压，在15毫秒之内电压达到正常值，灯具基本无任何变化。不会引起人们对照明环境的不适应。实际测试还可以在照明灯具垂直向下的范围内，放置照度计测试照度变化，经多次验证测试，切断其中一路电源，备份电源启动工作这一过程，照度值有个轻微变化，变化范围在±12%之间浮动，并且在极短时间内趋于设计值，基本对照明环境无影响。

四、结语

本文给出了一种实现大功率LED灯具智能热备份电源的设计方案，其电路较为简洁、可靠。该电源设计方案解决的LED灯具在重要场合重要会议等环境下某一电源故障出现后很快切换，从而不影响照明效果，有利于提高LED灯具电源整体的可靠性。利用无线传输的警示装置，及时准确地向维护工人传达故障电源的状态时该方案设计的一个创新之处。在LED大功率照明場所应用中，还可以要仔细选取更为经济可靠的电源备份方案，以减小输出电压对LED光源的影响，同时还应该考虑采用输出电压多点反馈方式，以补偿切换开关对LED照明灯具的影响。

参考文献：

[1] 一种冗余热备份电源的设计.

[2] LTC4416中文数据手册.

[3] 飞行控制计算机双机热备份技术研究.叶昕.

[4] 网关设备GWM模块热备份设计.谢景阳5.ZigBee技术详细解析.