LED驱动电路简介
2008-10-28 01:01:02 作者:俞安琪 来源:上海时代之光照明电器检测有限公司
关键字:LED 驱动 电路
LED 驱动电路除了要满足安全要求外,另外的基本功能应有两个方面,一是尽可能保持恒流特性,尤其在电源电压发生±15%的变动时,仍应能保持输出电流 在±10%的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗,这样才能使LED 的系统效率保持在较高水平。
传统的低效率电路:
图1
图1 是传统的低效率电路,电网电源通过降压变压器降压;桥式整流滤波后,通过电阻限流来使3 个LED 稳定工作,这种电路的致命缺点是:电阻R 的存在是必须的,R 上的有功损耗直接影响了系统的效率,当R 分压较小时,R 的压降占总输出电压的40%,输出电路在R 上的有功损耗已经占40%,再加上变压器损耗,系统效率小于50%。当电源电压在±10%的范围内变动时,流过LED 的电流变化将≥25%,LED 上的功率变化将达到30%。当R 分压较大时,在电源电压在±10%的范围内变动时,虽说能使输出到LED 的功率变化减少,但系统效率将更低。
图2
图2是在图1 的基础上加了一个集成稳压元件MC7809,使输出端的电压基本稳定在9V,限流电阻R 可用得很小也不会因为电源电压的不稳定造成LED 的超载。但是此电路除了保证LED 的基本恒定输出外,效率还是很低的。因为MC7809 和R1 上的压降仍占很大比例,其效率仅为40%左右。
上述这类电路的应用,系统总的每瓦输出流明仅为20lm/W~25lm/W,是根本不能称为节能的照明产品的。为了达到既能使LED 稳定工作,又能保持高的效率,应采用低功耗的限流元件和电路来使系统效率提高。
图3
图3 是采用集成恒流源NUD4001 的LED 驱动电路,这一电路的显著特点是当电源电压在±15%的范围内变动时,输出波动≤1%,可称为恒功率驱动电路,另外这一IC 电路可在很低的串联分压下工作(即1 脚与输出的各引脚之间的电压在≥2.8V 时尚能工作),所以可保证在几乎恒功率输出的情况下,保持1 脚与输出引脚之间的电压在2.8V 左右就能使系统效率达70%左右。这一IC 电路的输入电源可采用工频交流,但最好采用卤钨灯电子变压器作为前级,这样能保证谐波和电源端子干扰都符合标准的要求。当电子变压器内部实现Ⅱ类电器的隔 离绝缘输出时,图3 电路可用于Ⅱ类灯具中,并且输出端可以做成可触及式。
图4
电路是直接采用电容作为限流元件,在此电路中,由于电容上的分压几乎达到了全部电源电压,所以具有良好的限流特性, 当电源电压在±10%波动时,输出电流也在≤±10%内波动,只要在设计中把LED 的额定值留有一定的裕量,就能保证在电源电压波动时LED 仍处于良好的工作状态。由于电容的介质损耗极小,所以电路的损耗很小,电阻R 的作用是在断电时,保证电容上的电压能及时放掉,其阻值可≥3MΩ,每组串联的LED 中,可加有一个IN4007 二极管,当两组串联的LED 有一个内部开路时,另一组有可能被反向电压击穿,如串入一个IN4007 二极管,则可保护剩余的LED 不损坏,当然IN4007 的加入也使效率略有下降,(当输出电流30mA 时,IN4007 上的功耗约0.02W)。对于一体化小夜灯,可省略IN4007,此时这一驱动电路效率≥90%。用此驱动电路做成的LED 小夜灯,效率高于采用气体放电光源的小夜灯,并且使用寿命远大于采用其它光源的小夜灯。此电路在30 个LED 串联时还能稳定工作。但是此电路输出的光具有一定的频闪(在50Hz 时有100Hz 的频闪),不适用于运动物的照明场合,并且使用时LED 应做成不可触及,否则将影响安全。
图5
电路是在原卤钨灯电子变压器的基础上,利用高频电感限流来实现LED 的稳定工作。此电路的特点是,负载可根据电子变压器功率的大小带上几组LED,并且可做到次级完全隔离的安全特低电压输出,输出电压12V(此时每组的 LED 为3 个),(最高输出电压图5 可以到25V/空载输出电压可以到33V)。由于采用了高频电流来点亮LED,所以输出光的频闪现象基本可消除。输出的限流电感,可以做得体积很小,每个 电感的电感量仅为0.05mH~0.2mH
图5
(根据LED 的电流不同,采用不同电感量的电感),只要电感采用的线径不要太细,电子变压器的调试水平较高,这一电路在输出功率为8W~70W 时,总体效率可达80%~92%。此电路在线路功率≥25W 时,还能全面满足谐波和EMI 的要求。此电路在电源电压变化±10%时,输出给LED 的功率变化±20%,所以应保证在额定电源电压下,使输出给LED 的功率适当小于额定值,防止过电压时LED 超载引起过热而影响使用寿命。
图6
电路是采用2 块专用IC 电路的LED 驱动电路,该电路采用IC1 型号VIPEr22A 是ST公司生产的智能功率开关集成模块,内部具有PWM 控制电路和一个0.7A/730V 的VDMOS 场效应功率管,IC2 的型号为TSM1101,该IC 内部具有2.5V 的基准电压及两个由运放器组成的比较器,从R6 上取得LED 的工作电流信号输入到IC2 中的CC 比较器,通过比较放大后,反馈到前级。从R4 和R5 分压器上取得LED 的工作电压信号,输入到IC2 中的CV 比较器,通过比较放大后也反馈到前级,两个比较器的反馈信号都是通过光电耦合器(型号SFH610A)耦合到IC1 控制极。IC1 自身产生高频信号来使自身的VDMOS 管不断地工作在导通与截止之间,当电源电压变化时造成N3 上电压变化以及当LED 电流和电压发生变化时,这些信号都被反馈到IC1控制极,使IC1 产生的高频信号的占空比(或称脉宽)发生变化,使自身的VDMOS 场效应功率管的导通/截止时间比例发生变化,从而达到使N2 输出的电压和电流实现恒定输出的目的。图6 中变压器N1 是初级绕组,N2 为次级功率输出绕组,N3 是IC1 的偏置(工作)绕组,N4是IC2 的偏置(工作)绕组.从电路分析可看出,N2 是附于隔离式安全电压输出(28V)绕组,N4 和N2 与输出电路直接连接,为了保证安全标准的要求,输出电路与和电网有直接连接的电路必须实现完全的隔离,所以电路中反馈信号通过高耐压的光电耦合器再反馈到 前级的,变压器内的N2 和N4 与NI 和N3 之间在结构上必须满足安全隔离变压器的要求。
图6 电路的最大特点是:
1、电源电压在很宽的范围内工作时,(约180V~265V)能保证LED 的恒功率输出,并且
LED 可实现无频闪输出。
2、实现安全隔离的安全电压输出,甚至是安全超低电压输出。
3、IC2 如果采用TSM104,可实现0~100%的光输出连续调节。
应注意:N1 和N2 以及高频变压器磁芯是功率输入和输出的通道,整个电路的效率高低主要取决于这三个因素。其它方面几乎无潜力可挖。应采用磁芯截面足够的磁芯以及保持N1 和N2 较低的电流密度,这样才能使该电路的转换效