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LED照明設備非接觸供電技術的探討

非接觸供電技術的特點是供電端與用電端無需任何物理上的連接,就能够把電能傳輸給用電端。运用電磁波進行毫米到公分級范圍的近距離非接觸供電系統已經得到應用。如電動車輛、深水作業、機器人、礦山機械、電動牙刷、手機和筆記本等移動設備,乃至在植入人體的電子醫療器材也选用了這一技術供電、充電。因而,近距離非接觸供電技術有著廣泛的應用远景。
根据電磁感應原理的非接觸供電技術,綜合运用電力電子技術、磁場耦合技術、大功率高頻變換技術,凭借現代操控理論和办法,實現了傳輸電能系統和用電設備的隔離,使兩者之間沒有電的直接接觸,极好地滿足了特種應用場合的需求,进步了電能傳輸的安全性和可靠性。因而,非接觸供電技術是一種安全、可靠、靈活的電能接入新技術。
1.根本原理
非接觸供電系統包含電能發送單元和電能接纳單元兩有些。電能發送單元首要由交直流電源電路、功率扩大輸出電路、驅動電路、振蕩電路、基準電壓電路、操控保護電路以及發射線圈L1變壓器初級)組成;電能接纳單元首要包含接纳線圈L2變壓器次級)高頻整流濾波電路和負載組成
非接觸供電系統結構
非接觸供電系統作业時輸人端將沟通市電經全橋整流電路變換成直流電,或用直流電端直接為系統供電,直流電通過振蕩電路逆變轉換成高頻沟通電經功率扩大輸出電路扩大供給發射線圈L1通過發射線圈L1與接纳線圈L2耦合電能,接纳線圈L2輸出的電流經高頻整流濾波電路變換成直流電供给給負載。
2.特性和缺点
根据電磁感應原理的非接觸供電技術,發射線圈和接纳線圈必須有諧振頻率共同的電磁共振,才干傳輸電能,而具有以下首要特性和缺点:電磁共振以“電一磁一磁一電”方法實現電能的傳遞,而且是一個開放的系統,必定存在著電磁輻射和能量的損耗,因而,近距離的實際功率很難超過80%,遠距離的狀態下,功率也许很低。因而,不符合節能的概念。
電磁能與距離的關系為電場強度與距離的二次方成反比,磁場強度與距離的四次方成反比。單純的電磁共振是不也许長距離傳輸的通常在1米處,功率不超過1%因而,只能在近距離內运用,通常不超過10公分。
電磁共振能够穿透非金屬,卻不能穿透金屬。运用這個特性,能够制造出即時充電或即時供電的電器,移動性、防水性和隔離性等方面有杰出的表現,同樣能够應用這個特性,來解決其本身的電磁干擾問題。選擇一個適當供電頻率使系統產生共振,則電能發射端的電磁波頻段對正常的通讯、廣播沒有干擾或干擾較小,對人體或别的生物不構成傷害,符合安全指標。
幾個公分以內的近距離的電磁共振中,還存在著空振高壓問題:接纳電路在負載時的電壓與空載時的電壓相差懸殊,往往是數倍乃至是十倍以上,致使接纳電路在空載時,因为電壓的大幅度增加,將負載電路燒壞。当前電磁共振的非接觸供電技術難以實用的一個重要因素。
非接觸供電技術在LED發光設備的應用
現有的LED發光標志牌、LED照明產品等,通常选用有線方法供電、充電。因而需求通過接口和導線進行有線方法供電、充電,需求在發光標志牌、照明設備上安裝接口及導線,導致設備整體防水、防漏氣功能低且不可靠。無法長期运用、安裝、儲存在惡劣的環境中,如水中、礦井中或许連續潮濕的環境中。
这篇文章探求非接觸供電技術應用于LED發光設備可行性,把非接觸供電系統的電能接纳端置入到LED發光設備內。選擇適當的LED驅動技術,設計能進行非接觸供電或充電的LED發光設備。該LED發光設備具有移動性、高度防水性、高度隔離性,適用于水下作業、礦井作業、抗洪救災等特殊場所的安全標志牌與照明。
1.應用實例
1.1LED發光標志牌
这篇文章設計的非接觸供電LED發光標志牌由內部非接觸供電電能接纳單元、充電電池、LEDLED驅動電路、系統操控電路、柔性電路板、外封裝通明膠套構成。外部由非接觸供電電能發送單元及電源構成。
1電能發送單元
VOX330MP05S一款專門針對市電電源的非接觸供電的大功率發射模塊芯片,能够將市電整流后直接給芯片供電,作业電壓范圍大,最低可低至IOOV,最高電壓至400V,具有高達1A 電流發射才能,典型作业電路Ic內部建有振蕩、基準電壓、脈寬調制、限幅、低壓啟動、輸出推動和功率輸出等電路,完全符合電磁共振的特殊要求;V0x330MP05本身功耗小,輸出電流大,發射功率高達70%以上;芯片內設自動限流電路,電路在空載時電流很小,而在大負載時的輸出才能可達空載時的十倍以上;VOX330MP05S外圍電路簡單,首要元件只要一個電阻、一個電容和~個線圈,因而运用方便。合作相應的接纳模塊同時运用,就能實現非接觸供電。
電能發送單元
2電能接纳單元
VOXRl0一款專門針對VOX系列的非接觸供電發射模塊設計的配套接纳模塊芯片,能够為接纳電路供给一個相對穩定的基地電壓。VOXRIO內部建有基準電壓、限幅、低壓啟動、輸出推動和功率輸出等電路,完全符合電磁共振的特殊要求;而且本身功耗小,輸出電流大,接纳功率高達80%以上;芯片內設自動限壓電路,電路在空載時電流很小。VOXRl0外圍電路簡單,首要元件只要一個電容、一個二極管和一個線圈,因而运用方便。
電能發送單元發射電磁波,內部電能接纳單元接纳該電磁波并轉換為沟通電后經整流濾波成直流電對電池進行充電。一個電能發送單元能够對多個內部電能接纳單元發射電磁波進行充電。充電電池通常用鋰電池,但鋰電池穩定性較差,有易燃易爆氣體及物品的環境中选用鎳氫等電池。
3LED電路
一個LED與一個電阻串聯后組成一個根本單元,若干個根本單元之間能够选用串聯、并聯、混聯的方法進行連接;多個LED以陣列的方法安裝在一塊平面上組成LED點陣屏,點陣屏有各種顏色,分為單色、雙色、三色。把LED呈矩陣狀均勻布滿于柔性電路板上,能够摆放組组成指標或警示性的圖標發光顯示。
LED操控電路选用微處理器操控電路,以遙控操控系統、觸摸操控系統、輕觸開關來操控系統實現,簡單的能够直接用微型按鈕開關操控電源。LED驅動電路可选用分立元件驅動電路、集成驅動電路。
4封裝
外封裝通明膠套用于保護整個非接觸供電式LED發光標志牌的電路,把整個非接觸供電LED發光標志牌電路可靠包封在外封裝通明膠套內,無任何接口,因而这篇文章所述的非接觸供電LED發光標志牌具有高度可靠的防水、防漏氣功能。本標志牌還能够根據用戶需求,制做成不同形狀,進行單面、雙面、多面發光顯示。
1.2LED礦燈
據有關資料統計,煤礦井下瓦斯爆破事端有三分之一以上是礦燈故障导致的這首要是因为礦燈所运用的白熾燈泡存在缺点所造成的而LED礦燈解決了白熾燈泡的安全隱患,煤礦上大量推廣运用。LED礦燈在節能、安全性、易用性等方面與选用白熾燈的礦燈比较都有較大改進,但還存在著以下問題需求解決。
礦井下潮濕、多水、空氣混濁、灰塵大,LED礦燈选用了鎳氫電池或鋰電池為電源,LED發光二極管為光源,這些元件一但進水、進入灰塵后就易損壞,乃至報廢。閉鎖螺絲受潮后會生銹,難以卸掉,須將螺栓廢掉,浪費材料費和工時。充電接口經常進灰阻塞,特别水泥進到充電接口凝结后就很難去掉,影響LED礦燈充電,嚴重的就也许報廢。
本設計把電能接纳端置入LED礦燈,用通明膠套把LED礦燈可靠密封,选用非接觸供電技術,就能够解決上述問題。进步了LED礦燈的运用壽命、防爆功能、抗靜電功能,降低了LED礦燈的報廢率,減少了維修量,增加了實用性和安全可靠系數。
2.系統剖析與構成
對运用非接觸供電技術的LED發光設備的設計,要從三個视点考慮完结系統的設計:一是從器材的選擇、電路設計上盡也许的进步系統的功率;二是嵌入非接觸式的RFIDRadioFrequencIdentification,射頻識別)技術,實現ID認證機制,保證系統的安全;三是选用MCUMicroControlUnit,微操控器)作中心的有些,產生驅動電路所需的振蕩頻率,同時也需求操控RFID組件與電能接纳端進行信息交互。使供電端與用電端能够用一對一、一對多、多對一、多對多和網絡散布方法供電。
系統由供電有些及作业有些組成供電有些由MCU和供電單元組成,MCU通過RFID發射單元檢測負載方位的情況,當負載存在時,開通供電單元,進行供電。作业有些由MCU與電能發送端相對應的RFID組件、LED單元、受電單元和充電電池組成,受電單元首要實現電能的接纳,受電線圈接纳電能,通過整流、濾波處理后向電池和LED單元供電。MCU外圍電路包含復位電路、參考電壓電路、串口下載電路、電源與接地、按鍵、報警等。系統的人機對話界面,通過顯示模塊來實現。作业有些、供電有些、供電办理、按鍵、顯示等功能都由MCU進行操控。
用非接觸供電技術的LED發光設備結構框
實現运用非接觸供電技術的LED發光設備的计划是上述的结合,即兩有些構成,分別為接220V沟通電的電能發送端和給LED發光設備電池充電的電能接纳端。將待充電LED發光設備放到充電器上,打開設在電源端的充電開關,電能發送端發出驗證信息,電能接纳端收到驗證信息后發出確認信息,身份驗證通過后,則操控驅動電路開始作业,實現電能的傳輸。
結束語
對运用非接觸供電技術的LED發光設備的設計,首要應設定系統預計達到各項指標,作為測試运用非接觸供電技術的LED發光設備理論依據。通過不斷的測試系統、剖析測試結果,提出改進办法,最終使系統達到預設指標。要考慮LED光學特性,發揮LED颜色多樣性的特點,設計出合理的供電電源及操控電路,进步LED發光設備的穩定性,进步電源的功率。操控電路要向集中操控,模塊化,系統可擴展性方面發展設計等。因为方便、完全密封等特點,此類运用非接觸供電技術的LED發光設備將會有很大的應用空間。

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点击次数:  更新时间:2015-04-28 16:21:31