led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（一）

LED電源有很多種類(lèi)，各類(lèi)電源的質(zhì)量、價(jià)格差異非常大，這也是影響產(chǎn)品質(zhì)量及價(jià)格的重要因素之一。LED驅(qū)動(dòng)電源通?？梢苑譃槿箢?lèi)，一是開(kāi)關(guān)恒流源，二是線性IC電源，三是阻容降壓電源。

1、開(kāi)關(guān)恒流源

采用變壓器將高壓變?yōu)榈蛪海⑦M(jìn)行整流濾波，以便輸出穩(wěn)定的低壓直流電。開(kāi)關(guān)恒流源又分隔離式電源和非隔離式電源，隔離是指輸出高低電壓隔離，安全性非常高，所以對(duì)外殼絕緣性要求不高。非隔離安全性稍差，但成本也相對(duì)低，傳統(tǒng)節(jié)能燈就是采用非隔離電源，采用絕緣塑料外殼防護(hù)。開(kāi)關(guān)電源的安全性相對(duì)較高（一般是輸出低壓），性能穩(wěn)定，缺點(diǎn)是電路復(fù)雜、價(jià)格較高。開(kāi)關(guān)電源技術(shù)成熟，性能穩(wěn)定，是目前LED照明的主流電源。

圖1：開(kāi)關(guān)恒流隔離式日光燈管電源

圖2：開(kāi)關(guān)恒流隔離電源原理圖

圖3：開(kāi)關(guān)恒流源電源

圖4：開(kāi)關(guān)恒流非隔離電源原理圖。

2、線性IC電源

采用一個(gè)IC或多個(gè)IC來(lái)分配電壓，電子元器件種類(lèi)少，功率因數(shù)、電源效率非常高，不需要電解電容，壽命長(zhǎng)，成本低。缺點(diǎn)是輸出高壓非隔離，有頻閃，要求外殼做好防觸電隔離保護(hù)。市面上宣稱(chēng)無(wú)（去）電解電容，超長(zhǎng)壽命的，均是采用線性IC電源。IC驅(qū)電源具有高可靠性，高效率低成本優(yōu)勢(shì)，是未來(lái)理想的LED驅(qū)動(dòng)電源。

圖5：線性IC電源

圖6：線性IC電源原理圖

3、阻容降壓電源

采用一個(gè)電容通過(guò)其充放電來(lái)提供驅(qū)動(dòng)電流，電路簡(jiǎn)單，成本低，但性能差，穩(wěn)定性差，在電網(wǎng)電壓波動(dòng)時(shí)及容易燒壞LED，同時(shí)輸出高壓非隔離，要求絕緣防護(hù)外殼。功率因數(shù)低，壽命短，一般只適于經(jīng)濟(jì)型小功率產(chǎn)品（5W以?xún)?nèi)）。功率高的產(chǎn)品，輸出電流大，電容不能提供大電流，否則容易燒壞，另外國(guó)家對(duì)高功率燈具的功率因數(shù)有要求，即7W以上的功率因數(shù)要求大于0.7，但是阻容降壓電源遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到（一般在0.2-0.3之間），所以高功率產(chǎn)品不宜采用阻容降壓電源。市場(chǎng)上，要求不高的低端型的產(chǎn)品，幾乎全部是采用阻容降壓電源，另外，一些高功率的便宜的低端產(chǎn)品，也是采用阻容降壓電源。

圖7：阻容降壓電源

圖8：阻容降壓電源原理圖

各類(lèi)電源性能之比較：

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（二）

LED電源電路大多是由開(kāi)關(guān)電源電路+反饋電路這樣的形式構(gòu)成，反饋電路從負(fù)載處取樣后對(duì)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行脈沖的占空比調(diào)整或頻率調(diào)整，以達(dá)到控制開(kāi)關(guān)電路輸出的目的。

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（三）

市場(chǎng)上出現(xiàn)一種廉價(jià)的LED手電筒，這種手電前端為5～8個(gè)高亮度發(fā)光管，使用1～2節(jié)電池。由于使用超高亮度發(fā)光管的原因，發(fā)光效率很高，工作電流比較小，實(shí)測(cè)使用一節(jié)五號(hào)電池5頭電筒，電流只有100mA左右。非常省電。如果使用大容量充電電池，可以連續(xù)使用十幾個(gè)小時(shí)，筆者就買(mǎi)了一個(gè)。從前端拆開(kāi)后，根據(jù)實(shí)物繪制了電路圖，如圖所示。

工作原理：

接通電源后，VT1因R1接負(fù)極，而c1兩端電壓不能突變。VT1（b）極電位低于e極，VT1導(dǎo)通，VT2（b）極有電流流入，VT2也導(dǎo)通，電流從電源正極經(jīng)L、VT2（c）極到e極，流回電源負(fù)極，電源對(duì)L充電，L儲(chǔ)存能量，L上的自感電動(dòng)勢(shì)為左正右負(fù)。經(jīng)c1的反饋?zhàn)饔?，VT1基極電位比發(fā)射極電位更低，VT1進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，同時(shí)VT2也進(jìn)入深度飽和狀態(tài)，即Ib》Ic/β（β為放大倍數(shù)）。

隨著電源對(duì)c1的充電，C1兩端電壓逐漸升高，即VTI（b）極電位逐漸上升，Ib1逐漸減小，當(dāng)Ib1《=Ic1/β時(shí)，VT1退出飽和區(qū)，VT2也退出飽和區(qū)，對(duì)L的充電電流減小。此時(shí)．L上的自感電動(dòng)勢(shì)變?yōu)樽筘?fù)右正，經(jīng)c1反饋?zhàn)饔谩T1基極電位進(jìn)一步上升，VT1迅速截止，VT2也截止，L上儲(chǔ)存的能量釋放，發(fā)光管上的電源電壓加到L上產(chǎn)生了自感電動(dòng)勢(shì)，達(dá)到升壓的目的。此電壓足以使LED發(fā)光。

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（四）

led驅(qū)動(dòng)電源電路圖如下

輸入整流部分：分析高壓輸入整流電路的具體參數(shù)，然后選取具體保險(xiǎn)整流二極管的規(guī)格，因?yàn)槲覀兊墓β时容^低，可以選取線繞電阻作為保險(xiǎn)，用1N4007做整流管如果功率較大要選用其他耐流更高的整流二極管。

整流濾波部分：若EMI要求較嚴(yán)，可增加以下π型電路，若要求沒(méi)那么嚴(yán)格，可以只用一個(gè)濾波電容，電容跟電感的具體容量跟感量，根據(jù)總功率選取。

驅(qū)動(dòng)電路部分：經(jīng)過(guò)R3的電流轉(zhuǎn)化為電壓，反饋給IC控制輸出電流，在初級(jí)繞組加DRC吸收電路，因?yàn)槲覀兪莾?nèi)置mos管，驅(qū)動(dòng)電路已集成在IC電路內(nèi)，所以驅(qū)動(dòng)mos電路不做講解。

IC供電與外圍電路部分：通過(guò)輔助繞組整流濾波單獨(dú)給IC供電，通過(guò)R5與R6阻值的比例來(lái)控制輸出空載電壓。

輸出整流濾波電路部分：通過(guò)超快恢復(fù)二極管整流和高頻低阻電解濾波后，輸出給負(fù)載，并在超快恢復(fù)二極管上加RC電路濾波，通過(guò)超快恢復(fù)二極管反向波形調(diào)試來(lái)選取電阻電容，以最大抑制二極管的反向尖峰，在輸出端加假負(fù)載，一般設(shè)計(jì)假負(fù)載會(huì)損耗3毫安電流。

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（五）

電容降壓式電源的典型電路如圖所示，C1為降壓電容器（采用金屬化聚丙烯電容），R1為C1提供放電回路。電容C1為整個(gè)電路提供恒定的工作電流。電容C2為電解電容，其耐壓值取決于所串聯(lián)的LED的個(gè)數(shù)（約為其總電壓的1．5倍以上），它的主要作用是抑制通電瞬間引起的電壓突變，從而降低電壓沖擊對(duì)LED壽命的影響。R4為電容C2的泄流電阻，其阻值應(yīng)隨著LED個(gè)數(shù)的增加適當(dāng)增加。

需要注意的是，該電路必須根據(jù)負(fù)載的電流大小選取適當(dāng)?shù)碾娙?，而不是依?jù)負(fù)載的電壓和功率，通常降壓電容C1的容量C與負(fù)載電流IO的關(guān)系可近似認(rèn)為：C=14.5IO，其中C的容量單位是uF，Io的單位是A。限流電容必須采用無(wú)極性電容，而且電容的耐壓值須在630V以上。

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（六）

電路工作原理﹕

電容C1的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當(dāng)電容連接于交流電路中時(shí)﹐其容抗計(jì)算公式為﹕XC=1/2πfC式中﹐XC表示電容的容抗﹑f表示輸入交流電源的頻率﹑C表示降壓電容的容量。流過(guò)電容降壓電路的電流計(jì)算公式為﹕

I=U/XC

式中I表示流過(guò)電容的電流﹑U表示電源電壓﹑XC表示電容的容抗在220V﹑50Hz的交流電路中﹐當(dāng)負(fù)載電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于220V時(shí)﹐電流與電容的關(guān)系式為﹕I=69C其中電容的單位為uF﹐電流的單位為mA。

D1~D4的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動(dòng)直流電壓。

C2﹑C3的作用為濾波﹐其作用是將整流后的脈動(dòng)直流電壓濾波成平穩(wěn)直流電壓

壓敏電阻（或瞬變電壓抑制晶體管）的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對(duì)地泄放掉﹐從而保護(hù)LED不被瞬間高壓擊穿。

LED串聯(lián)的數(shù)量視其正向?qū)妷海╒f）而定﹐在220VAC電路中﹐最多可以達(dá)到80個(gè)左右。

組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值﹐在220V，50Hz的交流電路中時(shí)﹐可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質(zhì)電容。D1~D4可以選擇IN4007。濾波電容C2﹑C3的耐壓根據(jù)負(fù)載電壓而定﹐一般為負(fù)載電壓的1.2倍。其電容容量視負(fù)載電流的大小而定。

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（七）

led驅(qū)動(dòng)電源是把電源供應(yīng)轉(zhuǎn)換為特定的電壓電流以驅(qū)動(dòng)led發(fā)光的電源轉(zhuǎn)換器，通常情況下led驅(qū)動(dòng)電源的輸入包括高壓工頻交流（即市電）、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流（如電子變壓器的輸出）等。

在目前的LED的電源驅(qū)動(dòng)器中，必須使用電解電容，小型的電解電容壽命只能達(dá)到幾千小時(shí)。但使用專(zhuān)利IC的驅(qū)動(dòng)器，完全不需要使用電解電容，壽命達(dá)到4萬(wàn)小時(shí)以上，是原來(lái)驅(qū)動(dòng)器的10倍，而且專(zhuān)利IC驅(qū)動(dòng)器的尺寸小，只有原來(lái)面積的四分之一，可輕易的放進(jìn)LED燈泡內(nèi)，不必改變?cè)瓉?lái)燈泡的形狀，讓設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)單化，也更能讓用戶接受和喜愛(ài)。

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（八）

在輸入電壓既可能高于，也可能低于LED或LED串的總電壓降時(shí)，就必須使用降壓/升壓變換器?；贚T℃3783的降壓/升壓型變換器驅(qū)動(dòng)8只1.5A串聯(lián)LED的電路如圖4所示。該LED串驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓范圍為9~36V，LED串的總電壓降范圍為18~37V.在VIN=14.4V，Vo=36V和I0=1.5A條件下，輸出功率為54W，效率達(dá)93%.電路的開(kāi)關(guān)頻率由IC腳FREQ上的

電阻R5設(shè)置（頻率范圍為20kHz~1MHz），R7與R8組成的分壓器設(shè)置輸出過(guò)電壓保護(hù)電平，連接在IC腳FBP與高側(cè)線路之間的R4，用作感測(cè)LED電流。LTC3783支持多拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。用其還可以構(gòu)筑升壓轉(zhuǎn)換器和降壓轉(zhuǎn)換器等電路。

回掃變換器、單端初級(jí)電感變換器（SEPIC）和CUK穩(wěn)壓器等，都可以升高或降低輸入電壓，

輸出與輸入電壓在極性上可以相同或相反。每種拓?fù)涠加歇?dú)特的優(yōu)勢(shì)，但效率都比降壓一升壓穩(wěn)壓器低。

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（九）

電容降壓型LED驅(qū)動(dòng)電路

圖5所示為電容降壓型LED驅(qū)動(dòng)電路（注：圖5電路繪于上期本版）。圖中，C1為降壓電容，R1為泄放電阻，DI~D5為橋式整流器，C2、C3為濾波電容，RVl用作瞬態(tài)過(guò)電壓保護(hù)，R2為限流電阻。在220V50Hz的輸入電源下，通過(guò)電容C1的電流為I=69C1（C1單位為μF，I單位為mA）。若選擇C1為0.471μF，電流約為32mA.在此情況下，R1值可選擇1MΩ。

電容降壓型LED驅(qū)動(dòng)電路僅適合于小功率應(yīng)用，不能提供較大的驅(qū)動(dòng)電流，而且效率很低。其優(yōu)點(diǎn)是成本低，電路簡(jiǎn)單。

led驅(qū)動(dòng)電源電路設(shè)計(jì)（十）

變壓器降壓LED驅(qū)動(dòng)電路

種采用電源變壓器降壓的LED驅(qū)動(dòng)電路如圖6所示。變壓器次邊輸出為12Vac，白光LED的正向壓降VF=3.5V，正向電流IF=350mA.橋式整流濾波電壓為12Vx2，限流電阻R1值為R1=（12V×2-3xVF）/IF=（12V×2-3×3.5V）/350mA=18.3Ω

選擇R1=20Ω。R1在350mA下的功耗為0.352×20=2.45W，可選擇3W的電阻。在R1=20下Ω，通過(guò)LED的電流為：

ILED=（12V×2-3×3.5V）/20Ω=323mA

若橋式整流器輸入電壓波動(dòng)±10%，在10.8Vac下的LED電流為238mA，在13.2Vac下的LED電流則為429mA，導(dǎo)致LED電流變化率超過(guò)±25%.由此可見(jiàn)，雖然圖6所示的電路比較簡(jiǎn)單，但電流調(diào)整能力很差，并且電源變壓器大而笨重，不易于實(shí)現(xiàn)電路的小型化和輕量化。