SP7611A的礦燈應用電路分析

1、.SP7611A的礦燈應用電路分析編者按：礦燈主要應用在煤礦，煤井和地下的工作場合，由于特殊的工作環(huán)境要求要絕對的安全，所以礦燈設計對安全的考慮非常重要。國家煤礦安全委員會對礦燈的安全作出了一些標準和要求，包括：1)在礦燈的設計電路中，所有的電壓必須小于8V，包括輸入電壓，輸出電壓和變換所需的中間電壓。2)礦燈的燈必須是主副兩組，而且是完全獨立控制。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 主燈用于大部分時間的照明應用，因此主燈需要的電流較大，且時間較長不小于11小時。副燈主要在主燈不能工作的時候輔助工作，電流一般較小，且工作時間較長，不低于30小時。3)特殊的應用環(huán)境要求所有的控制電路不能在工作時產(chǎn)生電弧或

2、者電火花，避免發(fā)生瓦斯爆炸。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 由于礦燈使用在一些特殊的行業(yè)和環(huán)境，所以設計礦燈必須注意以下事項：中國照明網(wǎng)技術論文電光源 近年來鋰離子電池得到快速發(fā)展，而且與傳統(tǒng)鉛酸電池相比，鋰離子電池具有體積和容量上的優(yōu)勢，這使得目前大部分的礦燈生產(chǎn)和設計廠商都選用鋰離子電池作為礦燈的電源。由于鋰離子電池的電壓范圍是3.6V到4.2V，所以只能使用單個鋰離子電池作為礦燈的能源。包含多個電池的電池包會超過礦燈要求的8V電壓，此外也不允許使用傳統(tǒng)的電感式升壓電路和電容式升壓電路。 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 由于礦燈具有主副兩組且是獨立控制的，所以兩者的控制方式不能相互干擾，更為重要的是，

3、為滿足長時間的工作要求，控制電路必須具有很高效率。 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 為避免高電壓產(chǎn)生電弧或者火花，控制開關都要求接在地上，而不是接在電源線，以免由于開關而產(chǎn)生電弧或者電火花。 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 SP7611A是Sipex公司推出的低壓差系列 LED驅動器之一，它與傳統(tǒng)的LED驅動器有很大不同。傳統(tǒng)的LED驅動器基于電容式升壓電路或者電感式升壓電路，需要將電池的電壓升壓到能點亮LED，而SP761X是基于灌電流型的降壓LED驅動器，如圖1所示，只要電池的電壓大于或者等于LED的Vf和LED燈陰極到地的電壓VLED之和，流過LED的電流就是恒定。由于LED供應商的激烈競爭和LED

4、工藝的改進，LED的Vf越來越小，由原來的3.5V3.8V減少到現(xiàn)在的3.2V3.4V。VLED的范圍是0.3V1V。因此在鋰離子電池3.6V4.2V電壓范圍內選擇低Vf的LED是可以滿足恒流驅動的。 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 圖1 ：SP761X是基于灌電流型的降壓LED驅動器。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 本文討論SP7611A在礦燈上的兩個應用電路。圖2電路沒有用傳統(tǒng)的電感和電容作為升壓，而是直接通過電池驅動礦燈，從而有效避免了電感帶來的輻射干擾。此外，該電路采用線性電源解決方案，可避免由于使用開關式電源而傳導干擾。該電路還通過控制地線上的開關來避免由于控制電源線而產(chǎn)生電弧或者電火花的可能。

5、中國照明網(wǎng)技術論文電光源 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 圖2：僅用一個SP7611A控制礦燈的主副LED燈的應用電路中國照明網(wǎng)技術論文電光源 當SW1 打開，SW2閉合時，礦燈的主燈輸出LED1LED4點亮。當LED陰極到地的電壓VLED=500m V時，ILED=435(VCONTROL-VCTRL)/R1。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 其中200、435 是電流的放大倍數(shù)，從上面的等式可以看出，流過LED1的電流等于流過R1的電流乘以一個放大倍數(shù)。該放大倍數(shù)跟VLED有很大關系(圖3)。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 通過圖3，可以簡單歸納為如表所示的比例關系。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 圖3：圖2電路的

6、電流放大倍數(shù)與VLED電壓的關系。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 當然，流過其它LED的電流是流過LED1 的電流是鏡像電流，它們之間均等和匹配的，其電流的匹配程度為0.8%，最大誤差不超過3%，如圖4所示。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 圖4：流過其它LED的電流與Vin電壓的關系。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 圖5是實際測試的效率曲線。此電源方案的效率E=100(Vbattery-VLED )/Vbattery。從圖5可以看出效率與VLED和Vbattery的關系。當電池電壓等于3.6V，效率高達91%；當電池電壓等于4.2V，效率也有79%，遠遠大于傳統(tǒng)的電容式升壓電路(電荷泵)。該方案的工作時間大于

7、11小時。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 圖5：實際測試的SP7611A效率曲線。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 在圖2電路中，當SW1關閉，SW2打開時，副LED燈工作，流過LED1的電流ILED=(Vbattery-Vf)/R2，其中D1被用來防止電流通過芯片流到地。此時芯片SP7611A沒有工作，由于流過LED1的電流較小，所以工作時間可大于30小時。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 圖6給出了SP7611A的另一種應用電路，它利用兩顆SP7611A 控制主副燈，其中U1 控制主燈，U3控制副燈。 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 圖6：分別由兩個SP7611A控制礦燈主副燈的應用電路，其

8、中U1 控制主燈，U3控制副燈。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 當SW1和SW2閉合時，U1和U3均工作，主燈LED1LED5點亮，此時通過LDO SPX5205提供3V電源來設置LED1的電流。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 ILED1=Current Ratio(VCONTROL-VCTRL)/R1中國照明網(wǎng)技術論文電光源 其中，R1=R2。 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 當 SW1打開,SW2閉合時，U1不工作，U3工作，此時是副燈LED5點亮，流過LED5的電流為：中國照明網(wǎng)技術論文電光源 LLED5=Current Ratio(VCONTROL-VCTRL)/R2, 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 這里的Current Ratio與圖2中的一樣，值得注意的是，U3工作時，LED5必須接到U3的引腳3。引腳3的電流跟流過R2的電流成一定的放大倍數(shù)關系，如果LED5接到其它的引腳，則此電流就不受控制。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 中國照明網(wǎng)技術論文電光源 表：電流放大倍數(shù)與VLED的關系。中國照明網(wǎng)技術論文電光源 SP7611A是Sipex公司SP761X系列產(chǎn)品中一種型號，可以同時驅動4顆LED。如果要驅動少與4顆LED的設計，可以選擇SP7612A、SP7614A，它們可