大功率白光LED 高效均流并联供电系统（二）

　　3 实验结果与数据分析

　　3. 1 大功率白光LED 与高效均流并联供电系统的集成

　　为测试所制作的双DC /DC 并联供电系统的性能，采用3 W 大功率白光LED（ 额定电流750 mA、额定电压4. 0 V） 做了驱动实验与性能测试，LED 的照片如图4 所示。将大功率白光并联供电系统、大功率白光LED、数据编码模块、Bias-Tee 耦合模块以及按键/指示灯等进行了系统集成，研制了兼具照明与通信双重功能的通信装置（ 见图4b） .利用该装置，对给出的并联供电系统进行了实验。

　　3. 2 照明状态时的均流特性实验

　　通过按键分别设定驱动器输出电压为0. 5 V、1. 0 V 和3. 0 V,接上白光LED,分别读取两个DC /DC支路的工作电流I1和I2、LED 两端的工作电压U0以及流经LED 的工作电流I0,其测试结果如表1 所示。

　　定义输出电压误差

　　其中U0,exp为实验测得的输出电压，U0,the为理论设定的输出电压。定义两支路电流偏差

　　由表1 可见，测得的实际电压与设定值相比，3 次测量的误差小于2%,两支路电流的偏差小于1%,实现了很好的稳压与均流效果。

　　3. 3 照明状态时的电源效率实验

　　定义供电电源的效率为

　　其中Ii和Ui分别该系统的输入电压和输入电流。在表1 所示的3 种驱动情况下，分别测量了电路输入电压，输入电流，输出电压和输出电流，进而计算出供电效率，其结果如表2 所示。当电源输出电压较小时，电源的效率较小，当输出电压增大时，电源效率增大，可达80%以上。

　　3. 4 可见光通信状态时输出电压的线性区测试

　　当白光LED 处于通信模式时，为保证通信质量，需要提供稳定、线性的驱动电压。为验证该供电系统的线性特性，将其用来驱动白光LED,同时使用可见光PIN 探测器测试了探测器的响应。实验测得的PIN 探测器输出电压随白光LED 驱动电压的关系如图5 所示。可以看出，当驱动电压小于1. 6 V 时，白光LED 进入非线性工作区。因此，当将该供电电源驱动白光LED 进行可见光通信时，应使其输出电压（ 亦即Bias-Tee 的直流输入电压） 调整至线性区中间点（ 亦称为线性工作点） ,约为2.7 V.

　　3. 5 动态响应测试

　　当使用该双DC /DC 并联供电电源驱动白光LED 时，笔者研究了当电源上电和关电时，LED 两端电压的瞬时变化特性，测量结果如图6 所示。可以看到，由于DC /DC 电源输出端电容的储能作用，输出电压在上电和关电时并不存在尖峰和毛刺现象，因此，不会损坏LED.另外，从响应曲线可以看出，当电压从0 上升至稳定的1.6 V 时，上升时间约为20 s,关电降至0 的下降时间约为65 s.

　　3. 6 对比讨论

　　在仅保留一个DC /DC 支路工作时，就构成了单支路供电电源系统。针对单支路供电系统和双支路供电系统，笔者通过实验进行对比分析，结果如表3 所示，设定输入电压为12 V,输出电压为3. 0 V.从效率来讲，由于双支路使用了更多的电学元件，这将耗散更多的功率，其效率比单支路电源系统略低。

　　然而，双支路中各DC /DC 支路交替工作，各支路耗散的功率仅为单支路的一半。由于器件的寿命与耗散功率有关，且功率越大，寿命越短，因此，在正常工作方式下，双支路电源系统的寿命将比单支路电源系统的寿命长。

　　4 结语

　　通过对两个Buck 型DC /DC 电路进行并联，并结合PID 控制算法，设计并研制了一种用于驱动大功率白光LED 的高效均流供电系统，并利用该并联电源对白光LED 进行了驱动以及测试实验。实验结果表明，电源实际输出电压与设定值的误差小于2%,两支路电流的偏差小于1%,电源供电效率可达到75% ~ 80%.在电源开启和关断瞬间，输出电压无尖峰现象。当输出电压设为1.6 V 时，上升和下降时间分别约为20 s 和65 s.由于两个DC /DC 电路交替推挽工作，因此，该电源具有较长的使用寿命，从而在LED 照明和VLC 系统中具有良好的应用前景。