LED应急照明灯驱动电路设计[1]

　　应急照明灯是一种十分重要的照明装置，在正常供电时自动对后备蓄电池充电，在电源停电后自动切换蓄电池供电，提供应急照明功能，在高层建筑、教学楼、商场和娱乐场所等人员密集的地方得到广泛应用。由于它涉及到建筑物发生火灾时人员的安全疏散、消防应急照明和方向指示等项内容，在消防救援中扮演着十分重要的角色，甚至被人们称作“生命之灯”。采用LED 作为应急照明的应急灯，具有寿命长、能耗低、显色性高、易维护、体积小、点亮速度快、无频闪，发光效率远高于传统光源，无有害金属汞，非常环保等优点，而成为主流产品。LED 应急照明灯的设计在考虑《消防应急灯具》国家标准(GB17945-2000)的前提下，主要从实现的功能、主要技术指标要求、应急照明电路设计、正常照明与充电控制电路设计和自动应急转换电路设计等方面进行综合设计。

　　1 应急照明灯的主要功能

　　LED 应急照明灯实现的主要功能如下：
　　(1)自动切换功能。断电发生时，内置的控制电路在5s 内(高危险区域在0.25s 内)自动切换电源，进入应急状态。市电恢复供电时，自动切换回充电状态。

　　(2)恒流充电功能。充电时，红色和绿色指示灯亮，充满时，红色指示灯熄灭，此时转入涓流充电状态;绿色指示灯显示主电状态，市电正常接入即点亮。

　　(3)故障检测功能。如电池保险丝断或接触不良，或内部控制电路不正常，内置的自检电路将自动点亮黄色指示灯。

　　(4)过放电保护功能。当电池电压放电到额定电压的80%时，电子开关立即切断放电回路，可确保电池的长寿命。

　　(5)试验按钮功能。在主电正常供电的条件下，按下试验按钮等同于切断外部电源，用于模拟停电状态试验。在主电断电的条件下按下该按钮，可以关闭应急照明灯。

　　2 应急照明灯的主要技术指标:

　　按照国家标准(GB17945-2000)，LED 应急照明灯应该达到的主要技术指标。

　　(1)消防应急灯具的应急工作时间应不小于90min，且不小于灯具本身标称的应急工作时间。

　　(2)消防应急灯具应设主电、充电、故障状态指示灯。主电状态用绿色，充电状态用红色，故障状态用黄色。集中电源型消防应急灯具应设主电和应急电源状态指示灯，主电状态用绿色，应急状态用红色。主电和应急电源共用供电线路的消防应急灯具可只用红色指示灯。

　　(3)消防应急灯具应有过充电保护和充电回路短路保护。消防应急灯的充电时间应不大于24h，最大连续过充电电流不应超过0.05C5A(1C 表示电池容量电流,0.05C 为0.05 倍电池容量电流;C5表示5 小时的容量放电时间)。集中电源型消防应急灯具使用免维护铅酸电池时最大充电电流不应大于0.4 C20A。

　　(4)消防应急灯具应有过放电保护。电池放电终止电压应不小于额定电压的80%， 放电终止后，在未重新充电条件下，即使电池电压恢复，消防应急灯具也不应重新启动，且静态泄放电流应不大于10-5 C5A。集中电源型消防应急灯具使用免维护铅酸电池时最大放电电流不应大于0.6 C20A。电池放电终止电压应不小于电池额定电压的90%, 静态泄放电流应不大于10-5 C20A。

　　(5)消防应急灯具在主电电压为187～242V 范围内，不应转入应急状态。

　　(6)消防应急灯具由主电状态转入应急状态时的主电电压应在132～187V 范围内。由应急状态恢复到主电状态时的主电电压应不小于187V。

　　(7)消防应急灯具的主电源输入端与壳体之间的绝缘电阻应不小于50MΩ， 有绝缘要求的外部带电端子与壳体间的绝缘电阻应不小于20 MΩ。

　　(8)消防应急灯具的主电源输入端与壳体间应能耐受频率为50Hz±1%, 电压为1500V±10%， 历时60s±5s 的试验。消防应急灯具的外部带电端子(额定电压≤50VDC) 与壳体间应能耐受频率为50 Hz±1%、电压500V±10%，历时60s±5s 的试验。试验期间，消防应急灯具不应发生表面飞弧和击穿现象， 试验后，消防应急灯具应能正常工作。

　　3 LED 伏安特性与供电要求:

　　按照发光颜色的不同，LED 可以分为蓝光Blue(InGaN) 470nm， 绿光Green (GaP:N)550 nm， 黄光Yellow (GaP:N -N) 587 nm， 红光Red (InGaAlP)617nm， 超红光Super-Red (InGaAlP) 630nm， 白光LED 等产品。由于它们的固有特性存在差异性,所以应用时需要为其设计不同的供电电源。

　　3.1 标准红光、绿光和黄光LED 的伏安特性对于5mm 直径的标准红光、绿光和黄光LED,其正向导通电压(VF)与正向电流(IF)的函数曲线如图1 所示。由图1 可知，标准红光、绿光和黄光LED 具有1.4～2.6V 的正向导通电压，且正向压降随着正向电流的增大而增加。当正向电流低于10mA 时,正向导通电压仅仅改变几百毫伏。

　　使用LED 最简单的方法是将一个电压源施加到一个电阻与LED 相串连的回路，只要工作电压保持恒定,LED 就可以发出恒定强度的光(尽管随着环境温度的升高光强会减小)，通过改变串联电阻的阻值能够将光强调节至所需要的强度。例如，外加5V电源， 正向工作电流为10mA 的绿光LED 应该有2V 的恒定工作电压,那么串接电阻为R=(5 -VF)/10mA = 300Ω