施工工地LED不间断照明系统设计

　　引 言

　　施工工地特别是隧道、地下工程等对照明灯有很高的要求，不仅要求有较高的亮度和可靠性，还必须保证不间断照明。目前，施工工地常用的照明灯，如白炽灯、荧光灯、高压钠灯等都由交流电网供电，由于工地施工现场复杂，不可避免会出现停电事故。为了确保工地不间断照明，通常安装由整流器、蓄电池和逆变器等组成的应急照明电源。当电网正常时，交流电经整流器给蓄电池充电;当电网中断时，蓄电池通过逆变器给照明灯具供电。这种不间断照明系统体积大，成本较高，且要经交流变直流、直流再变交流，所以变换损耗也很大。

　　近几年，LED作为节能环保、长寿命光源，在照明领域得到迅速的推广应用。LED由直流电源供电，配用蓄电池无需逆变器，同时由于采用直流恒定电流供电，LED灯无频闪，在同等功率下，其发光强度比普通荧光灯和高压钠灯高40%以上，而且寿命长达50 000h，因此施工工地采用 LED 灯不仅可节省电能，还可以确保照明质量。本文针对目前施工工地照明系统存在的问题，提供1种体积小、成本低、寿命长、节电效果好、可靠性高的施工工地照明装置。

　　1 施工工地LED不间断照明系统组成

　　图1给出了LED不间断照明系统结构框图，它由开关电源、充电模块、锂电池、LED恒流驱动模块和LED灯组成。其中，开关电源主要作用是将电网220V交流电变成恒定电压的直流电，该直流电压一方面给锂电池充电提供电能，另一方面给 LED灯供电;充电模块主要完成锂电池的充电过程;LED恒流驱动模块为LED灯提供1A的恒定电流，该驱动模块，在电网正常时由开关电源供电，一旦电网供电中断，则自动转换到由锂电池供电，实现LED灯不间断照明。

　　2 施工工地LED不间断照明系统电路设计

　　2.1 开关电源模块

　　开关电源模块电路如图2所示。220V交流电压经桥式整流、电容C2滤波后得到310V左右的直流高压，加到开关变压器T1初级线圈的一端，初级线圈的另一端接至PWM开关芯片TOP210的5脚。TOP210内含PWM控制器、功率MOSFET和各种保护电路，TOP210的5脚为内部输出MOSFET的漏极，4脚为内部误差放大器和反馈电流输入脚，用来调整开关电源的占空比，1脚为内部MOSFET的源极，也是内部控制电路的公共端。DZ1和D1组成箝位电路，可把变压器漏感引起的脉冲前沿尖峰电压限制到安全值。变压器次级电压经D2整流和C3、C5、L2滤波后，输出稳定电压Vout为9V。反馈线圈两端电压经D3整流，R1、C6限流、滤波后，加到TOP210的控制端4脚，C6两端电压由TOP210来调整，以便稳定输出电压。输出端的反馈电压由IC2并联稳压芯片TL431稳压值2.5V、光耦的正向压降和电位器Rw上的压降三者之和来决定。当输出端电压升高时，由于IC2两端的电压始终为稳压值2.5V，光耦IC3的输入电流增加，输出三极管c、e间的等效电阻减小，二极管随之导通，控制端电流增加，占空比减小，输出电压降低，实现稳压的目的。　

　　2.2 充电模块

　　充电模块电路如图3所示。所用芯片LTC4002是1款恒定电流、恒定电压锂电池充电控制器，它采用电流模式降压PWM结构。LTC4002内部定时器可设置总充电时间和充电周期。当充电周期结束时，如果每节电池电压还低于4.05V，则新的充电周期将自动开始，最终每个电池浮动电压为4.2V。

　　充电模块的输入电压采用开关电源模块输出的直流电压9V，其输出充电电压BAT为8.4V，BAT直接与锂电池正极相连。充电模块的充电电流，通过LTC4002的7脚(SENSE引脚)和6脚(BAT引脚)之间的外部检测电阻R7来设定。在充电周期开始时，如果电池电压低于涓流充电的阈值(为5V)，充电器进入涓流充电模式，即以内部设定的电流满量程的10%进行涓流充电;如果电池电压保持为低且超过30min，电池被认为有故障，这时终止充电周期;当电池电压超过涓流充电的阈值5V时，充电器进入满量程的恒定电流充电模式，在恒流模式，充电电流IBAT由外部检测电阻R7和内部参考电压100mV设定：IBAT =100mV/R7。图中，NTC(负温度系数)热敏电阻用于检测电池温度，当温度低于0℃或高于50℃时，充电过程将停止。

　　2.3 LED恒流驱动模块

　　LED恒流驱动模块电路如图4所示。该驱动模块核心为单片开关稳压器LM3406，其输入电压范围为6～42V，可提供高达1.5A 的正向电流，是LED的理想恒流驱动器。

　　当电网供电正常时，由于Vout端的电压大于BAT端的电压，二极管D4处于截止状态，LED恒流驱动模块由开关电源模块的输出供电;当电网供电出现中断时，D4导通，LED恒流驱动模块由锂电池供电。为确保LED灯的电流保持恒定，还需安装具有一定面积的散热器才能降低LED灯的工作温度，保证LED寿命达50 000h以上。

　　3 结 论

　　本文设计了1种使用锂电池的LED不间断应急照明系统，该系统具有体积小、成本低、寿命长、节电效果好、可靠性高等特点，特别适用于建筑工地等施工现场。本系统锂电池采用容量在2 400mAh的18650单体电池，在充满电的情况下，电量可供LED灯持续工作两小时以上。

编辑：Cedar