小功率LED驅動(dòng)電路設計方案
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正向恒電流導通，反向截止。輸出的恒電流大，精度高，啟動(dòng)電壓低。器件按極性接入電路回路中，即可達到恒流的效果，應用簡(jiǎn)單，實(shí)現了電路理論和電路設計中的二端恒流源。由于輸出電流大，可以直接驅動(dòng)負載，實(shí)現恒定電流電源。在LED、半導體激光器、以及需要恒功率供電驅動(dòng)的場(chǎng)合有廣泛應用。具有啟始電壓低(3~3.5 V)，恒流電壓范圍廣(25~100 V)，響應時(shí)間快(tr 50 ns tf 70 ns)，負溫度系數等優(yōu)良特性。為了提供更大電流可以將多個(gè)恒流二極管并聯(lián)使用，并聯(lián)以后輸出電流為各個(gè)恒流二極管標稱(chēng)電流之和。由于恒流二極管工作電壓范圍加大，因此即使負載LED 短路也不會(huì )導致整個(gè)驅動(dòng)電路燒毀，具有很強的電路保護功能。
小功率LED 正向電壓2.8~3.2 V，最大工作電流為20 mA。LED 亮度L 與正向電流IF 成正比：
mL = KI F (K 為比例系數)[6]，工作電流越大發(fā)光亮度越大，但由于LED 也具有亮度和飽特性，所以L(fǎng)ED 正向驅動(dòng)電流應小于其標電流。小功率LED電流達15 mA 以后，亮度以達到飽和，如果繼續增大電流不僅不會(huì )提高亮度，還會(huì )使LED 的PN 溫度迅速升高導致光衰。
C1 為降壓電容，電容降壓電路輸出電流主要與降壓電容容量和輸出電壓有關(guān)，輸出電壓越高電流越小。理論上驅動(dòng)電路輸出電壓可以達100 V 以上，但考慮到高電壓下濾波電容C2 的體積較大，不易于電路安裝，本文設計的驅動(dòng)電路主要使用50 V和100 V 的濾波電容。雖然電容容值越大驅動(dòng)電路輸出電流越大，但降壓電容值太大會(huì )降低整個(gè)驅動(dòng)電路的安全特性與穩定性，因此建議降壓電容的容值不要超過(guò)3.3 μF。下表1 給出了采用0.68~3.3 μF不同大小降壓電容，驅動(dòng)電路在不同電壓下提供的電流以及能夠驅動(dòng)的最多LED 數量。(此表中的數據為多次實(shí)驗與仿真所得)。
LED 采用交叉陣列方式連接，先將相同個(gè)數LED 并聯(lián)成組，再將各個(gè)組串聯(lián)。采用交叉陣列方式，對LED 燈珠一致性要求不高，并且不會(huì )因為其中一顆燈珠損毀而導致整個(gè)LED 燈熄滅。由于目前LED 白光頻譜成分單一，柔和性較差，為了提高LED 燈整體發(fā)光柔和度，應在白光LED 燈中適當加入幾顆黃光LED 燈珠。
3 仿真與實(shí)驗分析
3.1 驅動(dòng)電路的 Pspice 仿真
為了驗證驅動(dòng)電路的可行性，采用pspice 電路仿真軟件對電路進(jìn)行了仿真，圖3 為瞬態(tài)分析時(shí)輸出電壓與電流波形。驅動(dòng)電路中降壓電容C1 容量為1 μF，濾波電容C2 容量為1000 μF，串聯(lián)一顆2DHL060 恒流二極管(恒定電流60 mA)，輸出驅動(dòng)28 顆0.06 W 白光LED(采用4*7 交叉連接方式)。
從圖可以看出電路在100 ms 時(shí)進(jìn)入穩定狀態(tài) ,穩定后其輸出電壓為25V 輸出電流恒定為60 mA?；掘炞C了基于恒流二極管的小功率LED 驅動(dòng)電路的可行性。
3.2 實(shí)驗分析
為了進(jìn)一步驗證了基于恒流二極管的小功率LED 驅動(dòng)電路的可行性。制作了驅動(dòng)65 顆(5*15方式連接)0.06 W 白光LED 的驅動(dòng)源，其中降壓電容C1 為1.5 μF，濾波電容C2 為1000 μF，恒流二極管為兩顆2DHL040 并聯(lián)，并利用萬(wàn)用表對電流電壓進(jìn)行測量。實(shí)際測得輸入電壓在196~248 V范圍內輸出電流恒定為80 mA，相當于流過(guò)每個(gè)LED 電流為 16 mA。在219 V 輸入電壓條件下，整個(gè)電路消耗的功率為 7.1 W ，則驅動(dòng)源的功率因素為 0.47。圖5 為制作的小功率驅動(dòng)源實(shí)物圖。
4 總結
本文設計的基于恒流二極管小功率LED驅動(dòng)電路結構簡(jiǎn)單、成本低廉、滿(mǎn)足LED 恒流驅動(dòng)的要求，經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗驗證本驅動(dòng)電路可靠性很高。通過(guò)改變降壓電容可適合用作多種 LED 燈具電源。
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