電路圖天天讀（1）：幾種LED驅動(dòng)電路設計組合分析

　　LED 驅動(dòng)電路除了要滿(mǎn)足安全要求外，另外的基本功能應有兩個(gè)方面，一是盡可能保持恒流特性，尤其在電源電壓發(fā)生±15％的變動(dòng)時(shí)，仍應能保持輸出電流在±10％的范圍內變動(dòng)。二是驅動(dòng)電路應保持較低的自身功耗，這樣才能使LED 的系統效率保持在較高水平。

　　傳統的低效率LED驅動(dòng)電路：

　　圖1

　　圖1 是傳統的低效率電路，電網(wǎng)電源通過(guò)降壓變壓器降壓；橋式整流濾波后，通過(guò)電阻限流來(lái)使3 個(gè)LED 穩定工作，這種電路的致命缺點(diǎn)是：電阻R 的存在是必須的，R 上的有功損耗直接影響了系統的效率，當R 分壓較小時(shí)，R 的壓降占總輸出電壓的40％，輸出電路在R 上的有功損耗已經(jīng)占40％，再加上變壓器損耗，系統效率小于50％。當電源電壓在±10％的范圍內變動(dòng)時(shí)，流過(guò)LED 的電流變化將≥25％，LED 上的功率變化將達到30％。當R 分壓較大時(shí)，在電源電壓在±10％的范圍內變動(dòng)時(shí)，雖說(shuō)能使輸出到LED 的功率變化減少，但系統效率將更低。

　　圖2

　　圖2是在圖1 的基礎上加了一個(gè)集成穩壓元件MC7809，使輸出端的電壓基本穩定在9V，限流電阻R 可用得很小也不會(huì )因為電源電壓的不穩定造成LED 的超載。但是此電路除了保證LED 的基本恒定輸出外，效率還是很低的。因為MC7809 和R1 上的壓降仍占很大比例，其效率僅為40％左右。

　　上述這類(lèi)電路的應用，系統總的每瓦輸出流明僅為20lm/W～25lm/W，是根本不能稱(chēng)為節能的照明產(chǎn)品的。為了達到既能使LED 穩定工作，又能保持高的效率，應采用低功耗的限流元件和電路來(lái)使系統效率提高。

　　圖3

　　圖3 是采用集成恒流源NUD4001 的LED 驅動(dòng)電路，這一電路的顯著(zhù)特點(diǎn)是當電源電壓在±15％的范圍內變動(dòng)時(shí)，輸出波動(dòng)≤1％，可稱(chēng)為恒功率驅動(dòng)電路，另外這一IC 電路可在很低的串聯(lián)分壓下工作（即1 腳與輸出的各引腳之間的電壓在≥2.8V 時(shí)尚能工作），所以可保證在幾乎恒功率輸出的情況下，保持1 腳與輸出引腳之間的電壓在2.8V 左右就能使系統效率達70％左右。這一IC 電路的輸入電源可采用工頻交流，但最好采用鹵鎢燈電子變壓器作為前級，這樣能保證諧波和電源端子干擾都符合標準的要求。當電子變壓器內部實(shí)現Ⅱ類(lèi)電器的隔離絕緣輸出時(shí)，圖3 電路可用于Ⅱ類(lèi)燈具中，并且輸出端可以做成可觸及式。

　　圖4

　　電路是直接采用電容作為限流元件，在此電路中，由于電容上的分壓幾乎達到了全部電源電壓，所以具有良好的限流特性，當電源電壓在±10％波動(dòng)時(shí)，輸出電流也在≤±10％內波動(dòng)，只要在設計中把LED 的額定值留有一定的裕量，就能保證在電源電壓波動(dòng)時(shí)LED 仍處于良好的工作狀態(tài)。由于電容的介質(zhì)損耗極小，所以電路的損耗很小，電阻R 的作用是在斷電時(shí)，保證電容上的電壓能及時(shí)放掉，其阻值可≥3MΩ，每組串聯(lián)的LED 中，可加有一個(gè)IN4007 二極管，當兩組串聯(lián)的LED 有一個(gè)內部開(kāi)路時(shí)，另一組有可能被反向電壓擊穿，如串入一個(gè)IN4007 二極管，則可保護剩余的LED 不損壞，當然IN4007 的加入也使效率略有下降，（當輸出電流30mA 時(shí)，IN4007 上的功耗約0.02W）。對于一體化小夜燈，可省略IN4007，此時(shí)這一驅動(dòng)電路效率≥90％。用此驅動(dòng)電路做成的LED 小夜燈，效率高于采用氣體放電光源的小夜燈，并且使用壽命遠大于采用其它光源的小夜燈。此電路在30 個(gè)LED 串聯(lián)時(shí)還能穩定工作。但是此電路輸出的光具有一定的頻閃（在50Hz 時(shí)有100Hz 的頻閃），不適用于運動(dòng)物的照明場(chǎng)合，并且使用時(shí)LED 應做成不可觸及，否則將影響安全。

　　圖5

　　電路是在原鹵鎢燈電子變壓器的基礎上，利用高頻電感限流來(lái)實(shí)現LED 的穩定工作。此電路的特點(diǎn)是，負載可根據電子變壓器功率的大小帶上幾組LED，并且可做到次級完全隔離的安全特低電壓輸出，輸出電壓12V（此時(shí)每組的 LED 為3 個(gè)），（最高輸出電壓圖5 可以到25V/空載輸出電壓可以到33V）。由于采用了高頻電流來(lái)點(diǎn)亮LED，所以輸出光的頻閃現象基本可消除。輸出的限流電感，可以做得體積很小，每個(gè)電感的電感量?jì)H為0.05mH～0.2mH

　?。ǜ鶕﨤ED 的電流不同，采用不同電感量的電感），只要電感采用的線(xiàn)徑不要太細，電子變壓器的調試水平較高，這一電路在輸出功率為8W～70W 時(shí)，總體效率可達80％～92％。此電路在線(xiàn)路功率≥25W 時(shí)，還能全面滿(mǎn)足諧波和EMI 的要求。此電路在電源電壓變化±10%時(shí)，輸出給LED 的功率變化±20%，所以應保證在額定電源電壓下，使輸出給LED 的功率適當小于額定值，防止過(guò)電壓時(shí)LED 超載引起過(guò)熱而影響使用壽命。

　　圖6

　　電路是采用2 塊專(zhuān)用IC 電路的LED 驅動(dòng)電路，該電路采用IC1 型號VIPEr22A 是ST公司生產(chǎn)的智能功率開(kāi)關(guān)集成模塊，內部具有PWM 控制電路和一個(gè)0.7A/730V 的VDMOS 場(chǎng)效應功率管，IC2 的型號為T(mén)SM1101，該IC 內部具有2.5V 的基準電壓及兩個(gè)由運放器組成的比較器，從R6 上取得LED 的工作電流信號輸入到IC2 中的CC 比較器，通過(guò)比較放大后，反饋到前級。從R4 和R5 分壓器上取得LED 的工作電壓信號，輸入到IC2 中的CV 比較器，通過(guò)比較放大后也反饋到前級，兩個(gè)比較器的反饋信號都是通過(guò)光電耦合器（型號SFH610A）耦合到IC1 控制極。IC1 自身產(chǎn)生高頻信號來(lái)使自身的VDMOS 管不斷地工作在導通與截止之間，當電源電壓變化時(shí)造成N3 上電壓變化以及當LED 電流和電壓發(fā)生變化時(shí)，這些信號都被反饋到IC1控制極，使IC1 產(chǎn)生的高頻信號的占空比（或稱(chēng)脈寬）發(fā)生變化，使自身的VDMOS 場(chǎng)效應功率管的導通/截止時(shí)間比例發(fā)生變化，從而達到使N2 輸出的電壓和電流實(shí)現恒定輸出的目的。圖6 中變壓器N1 是初級繞組，N2 為次級功率輸出繞組，N3 是IC1 的偏置（工作）繞組，N4是IC2 的偏置（工作）繞組。從電路分析可看出，N2 是附于隔離式安全電壓輸出（28V）繞組，N4 和N2 與輸出電路直接連接，為了保證安全標準的要求，輸出電路與和電網(wǎng)有直接連接的電路必須實(shí)現完全的隔離，所以電路中反饋信號通過(guò)高耐壓的光電耦合器再反饋到前級的，變壓器內的N2 和N4 與NI 和N3 之間在結構上必須滿(mǎn)足安全隔離變壓器的要求。

　　圖6 電路的最大特點(diǎn)是：

　　1、電源電壓在很寬的范圍內工作時(shí)，（約180V～265V）能保證LED 的恒功率輸出，并且LED 可實(shí)現無(wú)頻閃輸出。

　　2、實(shí)現安全隔離的安全電壓輸出，甚至是安全超低電壓輸出。

　　3、IC2 如果采用TSM104，可實(shí)現0～100％的光輸出連續調節。

　　應注意：N1 和N2 以及高頻變壓器磁芯是功率輸入和輸出的通道，整個(gè)電路的效率高低主要取決于這三個(gè)因素。其它方面幾乎無(wú)潛力可挖。應采用磁芯截面足夠的磁芯以及保持N1 和N2 較低的電流密度，這樣才能使該電路的轉換效率達到較高的程度，當LED 輸出功率為8W時(shí)，效率約在80％～85％之間，當LED 輸出功率為20W～40W 時(shí)，效率約在85％～90％之間。

　　電子發(fā)燒友網(wǎng)技術(shù)編輯點(diǎn)評分析：

　　綜上所述可以看出，LED 在工作時(shí)需要有穩流、穩壓的元件，但是此類(lèi)元件應具備自身承擔的分壓高，但功耗要小的特性，否則將使具有較高效率的LED ，因為驅動(dòng)電路的工作功耗太大而使總體系統的效率大為降低，有悖于節能高效的宗旨。所以應盡可能不采用電阻或串聯(lián)穩壓電路來(lái)作為L(cháng)ED 驅動(dòng)器的限流主電路，而應該采用電容、電感或有源開(kāi)關(guān)電路等高效電路，這樣才能保證LED 系統的高效率。采用串聯(lián)式集成恒功率輸出電路，可以使LED 的光輸出在很寬的電源范圍內保持恒定，但一般的IC 電路會(huì )因此而使效率有所下降。采用有源開(kāi)關(guān)電路可以保證在較高的轉換效率下實(shí)現電源電壓大幅度變化時(shí)恒功率輸出。LED 在目前階段，其光效還遠未達到可以取代三基色熒光燈的程度，但是以其獨特的長(cháng)處，可以在安全特地電壓（游泳池，劃水池內水下燈具，礦燈）條件下高效工作。此外，在直接采用綠色電能（太陽(yáng)能，風(fēng)能等），以及應急照明方面也有著(zhù)其獨特的優(yōu)勢。尤其在調光方面，LED 不僅可實(shí)現0～100％的調光，并且可保證在整個(gè)調光過(guò)程保持較高光效，并且不損害LED 的壽命，而氣體放電燈則很難做到這一點(diǎn)。

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