新型LED应急灯控制电路的设计

应急灯主要用于正常照明电源切断或电网失电后，提供应急照明的场所，常用于厂矿、机关、学校、建筑及隧道内。国内使用的应急照明系统以自带电源独立控制型为主，正常电源接自普通照明供电回路中，平时对应急灯电池充电，当正常电源切断时，备用电源（电池）自动供电。这种形式的应急灯每个灯具内部都有变压、稳压、充电、逆变、电池等大量的电子元器件，应急灯在使用、检修、故障时电池均需充放电。

　　另一种是电源集中控制型，应急灯内无独立电源，正常照明电源故障时，由集中供电系统供电。在这种形式的应急照明系统中，所有灯具内部复杂的电子电路被省略了，应急照明灯具与普通的灯具无异，集中供电系统设备在专用的房间内。

　　现在大部分LED灯具和普通灯具的应急照明所用控制电源复杂程度相同，且每个控制电源的功率是固定的，不能根据实际需要调节。本文设计的LED应急控制电路是一个完整独立的系统，可与不同功率的LED驱动电源配合使用，简单方便，使用灵活。

　　一、新型LED应急照明原理及优缺点

　　这种新型LED应急照明原理框图如下：

图1 新型LED应急照明灯具原理框图

　　当市电正常时LED驱动电源给控制板供电，驱动光源发光。市电通过充电器给电池充电。电池充满后由保护电路切断电源，停止充电。当市电停电或拉闸后，由电池给光源应急部分提供电源，通过应急控制电路给应急光源部分供电。

　　本设计中，应急光源可以是正常照明光源整体，也可以是它一部分；正常照明光源与应急照明光源可以单独分开，也可以做成一个整体。只要将外围电路稍作调整即可。

　　应急控制电路是本设计的一个比较新颖和独特的地方。它主要由MT7201芯片、外围电路、继电器组成。配合外部检测部分可以设计成微波雷达检测应急照明、红外探测应急照明、声控、光控等多种形式。

　　这种应急控制电路决定了该设计的新型LED应急照明灯具电气布局与现在常用的应急灯具有很大不同。现在常用应急灯具内部都由变压、稳压、充电、逆变、电池等电路组成，后端再接LED驱动电源给LED光源供电。其优点是普通灯具和LED灯具都可以使用，应用范围广。缺点是电子元器件多，检修困难，故障率高；且设计好后功率等级固定的调整不便，正常供电时电路都在工作，功耗较高。

　　二、应急控制电路原理及试验结果

　　本设计的应急电路是专用于LED灯具的，它只需调整很少的元器件，即可与外围LED电源等配合应用于不同功率的LED灯具中；正常照明时只有LED驱动电源部分电路工作，功耗低，相应的故障率也低。其电路原理如图2。

图2 应急控制电路原理图

　　其中MT7201是一款连续电流导通模式的降压恒流源，用于驱动一颗或多颗串联LED。它的输入电压范围从7V～30V，输出电流可调，最大可达1A。根据不同的输入电压和外围器件可以驱动高达24W的LED。MT7201采用SOT89-5封装。其管脚如图3。

图3 MT7201管脚图

　　电路中LED的平均电流由连接在Vin和Isense两端的电阻Rs决定：继电器采用常开加常闭触电的小型继电器，探测部分采用微波雷达遥控开关，当人体或物体进入探测范围活动，感应器立即工作并启动受控设备。当人体离开或物体停止移动后，延时时间到感应器自动停止工作，感应器进入探测状态。若探测范围内物体持续在移动，感应器则一直处于工作状态。当然根据需要探测部分可换成红外、声控、光控等。

　　电路中LED的平均电流由连接在Vin和Isense两端的电阻Rs决定：

　　下表给出了输出电流和Rs关系的一些典型例子：

　　以上说明成立的前提是ADJ脚悬空，或者等于内部参考电压Vref

　　如果LED开路，电感就会和LX失去连接，整个环路就没有电流流过，从而不会造成器件损坏。

　　1.电容选取

　　在电源输入必须就近接一个低等效串联电阻（ESR）的旁路电容，ESR越大，效率损失会变大。该旁路电容要能承受较大的峰值电流，并能使电源的输入电流平均，减少对输入电源的冲击。

　　直流输入时，该旁路电容的最小值为4.7uF，在交流输入或低压输入时，旁路电容需要100uF的电容或类似电容。该旁路电容尽可能靠近芯片的输入管脚。

　　2.电感选取

　　MT7201推荐使用的电感参数范围为27uH～100uH。电感的饱和电流必须比输出电流高30%～50%。电感值的选取需要考虑到工作占空比以及功率开关的打开、关断时间，保证满足电气特性表中的要求。

　　下面的公式可以作为参考：

　　功率开关打开时间

　　功率开关断开时间

　　3.参数说明：

　　L为电感值（H）；rL为电感寄生阻抗（Ω）

　　IavgLED平均电流（A）；

　　为电感电流峰峰值（A）{内部设置为0.3×Iavg}；

　　VIN供电电压（V）；VLED总LED正偏压降（V）

　　RLX功率开关导通电阻（Ω）；VD肖特基二极管正偏压降（V）。

　　4.实验及结果

　　当市电停电时，应急电路供电，电池电压26.4V；输出电流可调，此处设定为300mA；继电器输入电压DC12V，应急光源功率5.5W；应急光源电压18V。实物图如下:

图4 应急照明电路连线图

图5 正常供电时电路工作图

图6 应急照明时电路工作图

　　本设计电路简单可靠，功率可调，根据实际灵活安排应急光源与整灯光源的布局，广泛应用于需要应急照明的厂矿、隧道等区域，是专门针对LED照明开发的一种应急控制电路。根据该设计，西安重装渭南光电科技有限公司已设计出一系列应用于不同场合的应急照明灯具。