手把手教你分析一個(gè)LED驅動(dòng)電源電路

　　大功率LED發(fā)展非常迅速，已經(jīng)成為在各種照明場(chǎng)合成為主流照明光源，了解和熟悉LED驅動(dòng)電源的朋友也越來(lái)越多。毫不夸張的說(shuō)，LED驅動(dòng)電源將直接決定LED燈的可靠性與壽命，今天給大家簡(jiǎn)單分析一個(gè)LED驅動(dòng)電路，供大家學(xué)習。

　　一，先從一個(gè)完整的LED驅動(dòng)電路原理圖講起。本文所用這張圖是從網(wǎng)上獲取，并不代表具體某個(gè)產(chǎn)品，主要是想從這個(gè)圖中，跟大家分享目前典型的恒流驅動(dòng)電源原理，同時(shí)跟大家一起分享大牛對它的理解，希望可以幫到大家。那么本文只做定性分析，只討論信號的過(guò)程，對具體電壓電流的參數量在這里不作討論。如圖1某LED驅動(dòng)電路原理圖，這是一款可AC/DC輸入方式的LED驅動(dòng)電路，使用無(wú)電解電容。是比較典型的LED驅動(dòng)電路。

　　二，原理分析：為了方便分析，把圖1分成幾個(gè)部分來(lái)講

　　1：輸入過(guò)壓保護---主要是雷擊或者市沖擊帶來(lái)的浪涌）

　　輸入過(guò)壓保護電路如圖2：

　　圖2 輸入過(guò)壓保護電路

　　如果是DC電壓從“+48V、GNG”兩端進(jìn)來(lái)通過(guò)R1的電阻，此電阻的作用是限流，若后面的線(xiàn)路出現短路時(shí)，R1流過(guò)的電流就會(huì )增大，隨之兩端壓降跟著(zhù)增大，當超過(guò)1W時(shí)就會(huì )自動(dòng)斷開(kāi)，阻值增加至無(wú)窮大，從而達到保護輸入電路+48V不受到負載的影響）限流后進(jìn)入整流橋， R1與RV構成了一個(gè)簡(jiǎn)單過(guò)壓保護電路，RV是一個(gè)壓敏元件，是利用具有非線(xiàn)性的半導體材料制作的而成，其伏安特性與穩壓二極管差不多，正常情況顯高阻抗狀態(tài)，流過(guò)的電流很少，當電壓高到一定的時(shí)候（主要是指尖峰浪涌，如打雷的時(shí)候高脈沖串通過(guò)市電串入進(jìn)來(lái)），壓敏RV會(huì )顯現短路狀態(tài)，直接截取整個(gè)輸入總電流，使后面的電路停止工作，此時(shí)，由于所有電流將流過(guò)R1和RV，因R1只有1W的功率，所以瞬間可以開(kāi)路，從而保護了整個(gè)電路不被損壞。

　　2、整流濾波電路：當交流AC輸入時(shí)，則橋式整流器是利用二極管的單向導通性進(jìn)行整流的最常用的電路，將交流電轉變?yōu)橹绷麟?。當直流DC（+48V）電壓直接進(jìn)入整流橋BD時(shí)，輸出一個(gè)上正下負的直流電壓，如果+48V電源本身也是直流的，那整流橋的作用就是對輸入起到的是極性保護作用，無(wú)論輸入是上正下負還是上負下正都不會(huì )損壞驅動(dòng)電源，通過(guò)C1C2L1進(jìn)行濾波，圖3是一個(gè)LCΠ型濾波電路，目的是將整流后的電壓波形平滑的直流電。

　　圖3 LCΠ型濾波電路

　　3、箝位吸收電路：圖4紅框內為箝位吸收電路。箝路電路存在的理由其實(shí)就是保護IC里面的MOS管，其過(guò)程為 --整流濾波以后的電壓分成2路，一路通過(guò)變壓器繞組后進(jìn)入U1的TK5401的第7、8腳，下文會(huì )介紹U1，先看箝位這一路，這路是通過(guò)R1、C3、 D2然后也連到7、8腳，這個(gè)R1、C3、D2就組成了一個(gè)簡(jiǎn)單的箝位電路，主要功能就是用來(lái)吸收尖峰和浪涌的，和RV壓敏電阻作用不同的是，RV主要是防止打雷或者市電沖擊起到保護作用，箝位功能是吸收變壓器TRANS2-2繞組兩端的反向電動(dòng)勢，消除自激振蕩，起到快速復位作用，為變壓器一個(gè)周期做準備，如果變壓器得不到復位就會(huì )飽和，會(huì )失去感抗， R1和C3組成了一個(gè)RC充放電回路，用來(lái)反向積累的電動(dòng)勢，D2主要是隔離作用，變壓器在正半周的時(shí)，感應電動(dòng)勢為上正下負時(shí)，使整過(guò)環(huán)路處于斷開(kāi)狀態(tài)，而變壓器進(jìn)入負半周時(shí)，給箝位電路提供通路，快速將電動(dòng)勢環(huán)路處于斷開(kāi)狀態(tài)，而等變壓器進(jìn)入負半周時(shí)，給箝位電路提供通路，快速將電動(dòng)勢釋放，從而達到保護IC里頭的MOS管不被尖峰擊穿而損壞。

　　圖4 箝位吸收電路

　　4、 U1工作原理：這款LED驅動(dòng)IC--TK5401驅動(dòng)器，主要的特點(diǎn)是為無(wú)需在應用電路上使用電解電容器而設計的。該IC的主要特點(diǎn)是高低電壓過(guò)流保護補償，不需要電解電容的高PF值。內置高電壓功率MOS管650/1.9歐姆，支持通用交流輸入電壓 AC85V--265V，該IC的驅動(dòng)電路通過(guò)脈沖檢測漏電流峰值，在D/ST（7腳，8腳）端電壓高于OCP電壓時(shí)關(guān)閉功率MOS管，漏電流保護連接在 s/ocp（1腳）和GND（3腳）間的電流采樣電阻。當采樣電阻的壓降達到OCP電壓閥值，就關(guān)閉功率MSG管。

　　通俗一點(diǎn)說(shuō)，該電路的變壓器采用反激式工作方式，如圖5：即變壓器的初級和次級的相位是相反的，在同一時(shí)間，兩者相關(guān)180度。

　　圖5：變壓器采用反激工作方式

　　整流濾波后通過(guò)變壓器繞組然后進(jìn)到IC的7、8腳，這個(gè)7、8腳就是IC里面MOS管的“D極”也叫漏極，接地的是“S極”也叫源極，整過(guò)電源電壓的變換都由D極”和S極兩個(gè)引腳的接通和斷開(kāi)來(lái)實(shí)現，就是它們工作時(shí)會(huì )一直處在接通和不接通狀態(tài)，反復的接通和斷開(kāi)使變壓器實(shí)現在電--磁-電的變換，至于它是怎么進(jìn)行接通和不接通的？這個(gè)頻率又是多少？下面分析一下工作過(guò)程：

　?、俚谝淮巫儞Q的建立：當U1上電，通過(guò)7、8腳連通的內部啟動(dòng)電路給供電，使用U1開(kāi)始工作，此時(shí)U1將輸出方波脈沖傳遞給U1內部MOS管的“G 極”也叫柵極，使D極和S極接通，這時(shí)D極和S級等電位，而S極又是接地的，等于把變壓器的一端瞬間接地，從而產(chǎn)生回路，變壓器是感性元件，電流不能突變，所以它自身會(huì )產(chǎn)生感抗來(lái)阻止電流突變。按照線(xiàn)性的曲線(xiàn)進(jìn)行變化，慢慢上升，為了能夠阻止它突然，它會(huì )產(chǎn)生一個(gè)與它相反的感應電壓勢來(lái)抑制它，這樣一來(lái)，下面的繞組和次組繞組就會(huì )跟著(zhù)產(chǎn)生電動(dòng)勢，從而產(chǎn)生電壓，電—磁—電轉換的機理也在于此，當然這是變壓器和磁性材料本身具有的特性。

　?、诘诙巫儞Q的建立：當變壓器下面的繞組產(chǎn)生電動(dòng)勢以后（我們通常把它叫著(zhù)正反饋供電繞組），通過(guò)D3整流，R3限流，再經(jīng)C4濾波后分成二路進(jìn)行供電，一路給U1的第2腳供電，另一路給光電耦合器件PC817供電，當第2腳開(kāi)始供電時(shí)，U1內部的整個(gè)PWM供電控制系統將自動(dòng)轉到由正反饋繞組供電，使內部振蕩電路繼續工作，從而輸出第2個(gè)脈沖控制信息，使MOS管開(kāi)次開(kāi)通，如此周而復始的使用MOS不斷的處理開(kāi)和關(guān)狀態(tài)進(jìn)而讓變壓器工作在電-磁-電的轉換狀態(tài)。圖6是TK5401工作時(shí)序。圖7為T(mén)K5401內部框圖。

　　圖6：TK5401工作時(shí)序

　　圖7：TK5401內部框圖

　　5：輸出整流電路：如圖8為輸出整流電路。變壓器工作以后，次級就會(huì )輸出一個(gè)電壓通過(guò)D4整流，C8和L1進(jìn)行濾波，然后給LED燈進(jìn)行供電，這里的L1除了能夠濾波，還有續流的作用，就是保持輸出電流的一致性，正是利用電感中的電流不能突然這一特性。

　　圖8：輸出整流電路

　　6：恒流電路：恒流電路是整個(gè)電路原理圖的實(shí)質(zhì)，如圖8，是恒流電路的幾個(gè)組成部分。

　　為了更清楚的說(shuō)明恒流的工作，有必要重新認識這個(gè)U1。

　　圖9：U1引腳說(shuō)明

　　U1的每個(gè)引腳功能，8腳為MOS輸入端，6腳是空腳，5腳外接的電容是振蕩電容，直接決定了RC時(shí)間常數，就是充放電時(shí)間，一般充電MOS管是接通時(shí)間，放電是斷開(kāi)時(shí)間，4腳是電壓檢測腳，通過(guò)對4腳的電壓值控制輸出脈沖的占空比，3腳接地端，2腳是U1供電腳，第1腳外接的電阻和第5腳的電容組成了 RC電路，給U1內部提供振蕩源，脈沖的充放電時(shí)間常直接由這個(gè)電阻和電容決定。4腳外接的光耦PC817，另一端PC817和輸出電路R4兩端相并聯(lián)， R7在這里是起到檢測電流的作用，根據電壓=電流*電阻的原理，電流越大，R4兩端的電壓就會(huì )越大，電壓越大，那么并連到R4兩端的PC817也會(huì )有電壓并且開(kāi)始導通，導通后副邊的RV也會(huì )跟著(zhù)導通，就是它內阻下降，這樣一來(lái)第4腳的電壓就會(huì )上升，上升以后與U1里面的基礎電壓相對比，然后會(huì )直接輸出一個(gè)信號使MOS管提成關(guān)斷，從而達到恒流目的。

　　圖10：恒流電路

　　三，總結

　　LED驅動(dòng)電源電路圖和其他用電器電源電路一樣，不同的是led驅動(dòng)電源可能設計圖會(huì )不一樣，但它的輸出電流是恒定的，理想的電路是無(wú)論LED的特性曲線(xiàn)怎么變化，驅動(dòng)電源的電流保持不變。 這是LED的伏安特性決定。作為電源工程師，我們知道LED的特性需要恒流驅動(dòng)，才能保證其亮度的均勻，長(cháng)期可靠的發(fā)光。LED是節能產(chǎn)品，驅動(dòng)電源也要符合節能的要求。今天給大家分析的這個(gè)僅僅是LED的一個(gè)典型可以AC/DC輸入，且可采用無(wú)電解電容驅動(dòng)電路的一個(gè)案例原理，只是做了一些定性分析，有空再給大家分析LED驅動(dòng)其他方面的內容。