非接觸供電技術(shù)在LED發(fā)光設(shè)備的應(yīng)用

繁華的城市離不開LED燈的裝飾，相信大家都見過LED，它的身影已經(jīng)出現(xiàn)在了我們的生活的各個地方，也照亮著我們的生活?，F(xiàn)有的LED發(fā)光標(biāo)志牌、LED照明產(chǎn)品等，通常采用有線方式供電、充電。因而需要通過接口和導(dǎo)線進行有線方式供電、充電，需要在發(fā)光標(biāo)志牌、照明設(shè)備上安裝接口及導(dǎo)線，導(dǎo)致設(shè)備整體防水、防漏氣性能低且不可靠。

無法長期使用、安裝、儲存在惡劣的環(huán)境中，如水中、礦井中或者連續(xù)潮濕的環(huán)境中。本文探究非接觸供電技術(shù)應(yīng)用于LED發(fā)光設(shè)備可行性，把非接觸供電系統(tǒng)的電能接收端置入到LED發(fā)光設(shè)備內(nèi)。選擇適當(dāng)?shù)腖ED驅(qū)動技術(shù)，設(shè)計能進行非接觸供電或充電的LED發(fā)光設(shè)備。該LED發(fā)光設(shè)備具有移動性、高度防水性、高度隔離性，適用于水下作業(yè)、礦井作業(yè)、抗洪救災(zāi)等特殊場所的安全標(biāo)志牌與照明。

1應(yīng)用實例

1.1LED發(fā)光標(biāo)志牌

本文設(shè)計的非接觸供電LED發(fā)光標(biāo)志牌(如圖2所示)，它由內(nèi)部非接觸供電電能接收單元、充電電池、LED、LED驅(qū)動電路、系統(tǒng)控制電路、柔性電路板、外封裝透明膠套構(gòu)成。外部由非接觸供電電能發(fā)送單元及電源構(gòu)成。

(1)電能發(fā)送單元

由國內(nèi)明天科技有限公司研發(fā)生產(chǎn)的VOX330MP05S和VOXRIOD是近距離下的非接觸供電芯片組，解決了長期以來不能解決的空振高壓問題，使輸出電壓基本維持在一個相對穩(wěn)定的電壓范圍內(nèi)。

VOX330MP05S是一款專門針對市電電源的非接觸供電的大功率發(fā)射模塊芯片，可以將市電整流后直接給芯片供電，工作電壓范圍大，最低可低至IOOV,最高電壓至400V,具有高達1A的電流發(fā)射能力，典型工作電路(如圖3所示)。Ic內(nèi)部建有振蕩、基準(zhǔn)電壓、脈寬調(diào)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;V0x330MP05s自身功耗小，輸出電流大，發(fā)射效率高達70%以上;芯片內(nèi)設(shè)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能力可達空載時的十倍以上;VOX330MP05S外圍電路簡單，主要元件只有一個電阻、一個電容和~個線圈，因此使用方便。配合相應(yīng)的接收模塊同時使用，就能實現(xiàn)非接觸供電。

圖3電能發(fā)送單元

(2)電能接收單元

VOXRl0是一款專門針對VOX系列的非接觸供電發(fā)射模塊設(shè)計的配套接收模塊芯片，可以為接收電路提供一個相對穩(wěn)定的中心電壓。VOXRIO內(nèi)部建有基準(zhǔn)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;而且自身功耗小，輸出電流大，接收效率高達80%以上;芯片內(nèi)設(shè)自動限壓電路，電路在空載時電流很小。VOXRl0外圍電路簡單，主要元件只有一個電容、一個二極管和一個線圈，因此使用方便。

電能發(fā)送單元發(fā)射電磁波，內(nèi)部電能接收單元接收該電磁波并轉(zhuǎn)換為交流電后經(jīng)整流濾波成直流電對電池進行充電。一個電能發(fā)送單元可以對多個內(nèi)部電能接收單元發(fā)射電磁波進行充電。充電電池一般用鋰電池，但鋰電池穩(wěn)定性較差，在有易燃易爆氣體及物品的環(huán)境中采用鎳氫等電池。

(3)LED電路

一個LED與一個電阻串聯(lián)后組成一個基本單元，若干個基本單元之間可以采用串聯(lián)、并聯(lián)、混聯(lián)的方式進行連接;多個LED以陣列的形式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，可以排列組合成指標(biāo)或警示性的圖標(biāo)發(fā)光顯示。

LED控制電路采用微處理器控制電路，以遙控控制系統(tǒng)、觸摸控制系統(tǒng)、輕觸開關(guān)來控制系統(tǒng)實現(xiàn)，簡單的可以直接用微型按鈕開關(guān)控制電源。LED驅(qū)動電路可采用分立元件驅(qū)動電路、集成驅(qū)動電路。

(4)封裝

外封裝透明膠套用于保護整個非接觸供電式LED發(fā)光標(biāo)志牌的電路，把整個非接觸供電LED發(fā)光標(biāo)志牌電路牢靠包封在外封裝透明膠套內(nèi)，無任何接口，因此本文所述的非接觸供電LED發(fā)光標(biāo)志牌具有高度可靠的防水、防漏氣性能。本標(biāo)志牌還可以根據(jù)用戶需要，制做成不同形狀，進行單面、雙面、多面發(fā)光顯示。

1.2LED礦燈

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計，煤礦井下瓦斯爆炸事故有三分之一以上是礦燈故障引起的，這主要是由于礦燈所使用的白熾燈泡存在的缺陷所造成的。而LED礦燈解決了白熾燈泡的安全隱患，在煤礦上大量推廣使用。LED礦燈在節(jié)能、安全性、易用性等方面與采用白熾燈的礦燈相比都有較大改進，但還存在著以下問題需要解決。

礦井下潮濕、多水、空氣混濁、灰塵大，LED礦燈采用了鎳氫電池或鋰電池為電源，LED發(fā)光二極管為光源，這些元件一但進水、進入灰塵后就易損壞，甚至報廢。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(jīng)常進灰堵塞，尤其水泥進到充電接口凝固后就很難去掉，影響LED礦燈充電，嚴(yán)重的就可能報廢。

本設(shè)計把電能接收端置入LED礦燈，用透明膠套把LED礦燈牢靠密封，采用非接觸供電技術(shù)，就可以解決上述問題。提高了LED礦燈的使用壽命、防爆性能、抗靜電性能，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(shù)。

2系統(tǒng)分析與構(gòu)成

對使用非接觸供電技術(shù)的LED發(fā)光設(shè)備的設(shè)計，要從三個角度考慮完成系統(tǒng)的設(shè)計：一是從器件的選擇、電路設(shè)計上盡可能的提高系統(tǒng)的效率;二是嵌入非接觸式的RFID(RadioFrequencyIdentification,射頻識別)技術(shù)，實現(xiàn)ID認(rèn)證機制，保證系統(tǒng)的安全;三是采用MCU(MicroControlUnit,微控制器)作核心的部分，產(chǎn)生驅(qū)動電路所需的振蕩頻率，同時也需要控制RFID組件與電能接收端進行信息交互。使供電端與用電端可以用一對一、一對多、多對一、多對多和網(wǎng)絡(luò)分布方式供電。

系統(tǒng)由供電部分及工作部分組成(如圖4所示)。供電部分由MCU和供電單元組成，MCU通過RFID發(fā)射單元檢測負載位置的情況，當(dāng)負載存在時，開通供電單元，進行供電。工作部分由MCU、與電能發(fā)送端相對應(yīng)的RFID組件、LED單元、受電單元和充電電池組成，受電單元主要實現(xiàn)電能的接收，受電線圈接收電能，通過整流、濾波處理后向電池和LED單元供電。MCU的外圍電路包括復(fù)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(tǒng)的人機對話界面，通過顯示模塊來實現(xiàn)。工作部分、供電部分、供電管理、按鍵、顯示等功能都由MCU進行控制。

圖4用非接觸供電技術(shù)的LED發(fā)光設(shè)備結(jié)構(gòu)框圖

實現(xiàn)使用非接觸供電技術(shù)的LED發(fā)光設(shè)備的方案是上述的整合，即兩部分構(gòu)成，分別為接220V交流電的電能發(fā)送端和給LED發(fā)光設(shè)備電池充電的電能接收端。將待充電LED發(fā)光設(shè)備放到充電器上，打開設(shè)在電源端的充電開關(guān)，電能發(fā)送端發(fā)出驗證信息，電能接收端收到驗證信息后發(fā)出確認(rèn)信息，身份驗證通過后，則控制驅(qū)動電路開始工作，實現(xiàn)電能的傳輸。

結(jié)束語

對使用非接觸供電技術(shù)的LED發(fā)光設(shè)備的設(shè)計，首先應(yīng)設(shè)定系統(tǒng)預(yù)計達到的各項指標(biāo)，作為測試使用非接觸供電技術(shù)的LED發(fā)光設(shè)備理論依據(jù)。通過不斷的測試系統(tǒng)、分析測試結(jié)果，提出改進措施，最終使系統(tǒng)達到預(yù)設(shè)指標(biāo)。要考慮LED光學(xué)特性，發(fā)揮LED色彩多樣性的特點，設(shè)計出合理的供電電源及控制電路，提高LED發(fā)光設(shè)備的穩(wěn)定性，提高電源的效率?？刂齐娐芬蚣锌刂?，模塊化，系統(tǒng)可擴展性方面發(fā)展設(shè)計等。

由于方便、完全密封等特點，此類使用非接觸供電技術(shù)的LED發(fā)光設(shè)備將會有很大的應(yīng)用空間。以上就是LED技術(shù)的相關(guān)知識，相信隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，未來的LED燈回越來越高效，使用壽命也會由很大的提升，為我們帶來更大便利。