简单有效地LED照明驱动电路(共5页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上随着固态照明工业领域的兴起 与 不 断 改 进 ， 发 光 二 极 管 （LED）因其具有高效、节能、寿命 长、环保等特点，已成为现今照明技 术的可选方案，并逐渐被应用于照 明。促使人们关注LED照明技术的一 个关键因素是，其大大降低了能源的 消耗，并可实现长期可靠的工作。 当然，采用LED照明，首先需要 考虑的是其亮度、成本以及寿命。由 于影响LED寿命的主要原因是其频繁 启动瞬间的电流冲击，外界的各种浪 涌脉冲，以及正常工作时的电流限制 等，笔者在本文介绍的电路综合了这 些因素，从电路设计上尽量避免大电 流对LED照明灯具的冲击，并将其工 作电流稳定在某一范围内，解决了目 前LED照明灯具的亮度衰减问题，从 2 而有效地延长其使用寿命。 一驱动电源  LED均采用直流驱动，因此在市 电与LED之间需要加一个电源适配器 即LED驱动电源。它的功能是把交流 市电转换成适合LED的直流电。 通常驱动LED采用专用恒流源或 者驱动芯片，容易受体积和成本等因 素的限制，最经济实用的方法就是采 关于LED的驱动方式 LED驱动电源按其驱动方式可以分为恒流式和稳压式。恒流式驱动电路输出的电 流是恒定的，输出的直流电压随着负载阻值的大小不同会在一定范围内变化，负载阻值 小，输出电压就低，负载阻值越大，输出电压也越高。对于稳压电源电路而言，其输出 的电压是固定的，而输出的电流却随着负载的增减而变化。     由于LED是电流随电压变化显著的器件，当LED正向导通时，其正向电压的微小变 化便可引起LED电流的巨大变化。对于稳压式LED驱动电源，当负载变化时，电流波动较 大，LED在大电流下工作较长时间会损坏。 实验表明，当流经LED的实际电流为其允许的 最大电流的70%时，LED的发光效能为最佳。同时，由于发光二极管PN结的电压温度系 数为-2mV/左右，当LED散热不良导致温度升高时，其工作电流也会较初始阶段有明显 变化，这也是市面上各种LED产品快速老化的主要原因。显然，保证LED的驱动电流稳定 对于LED的防老化显得尤为重要。因此，恒流式驱动电源是比较理想的LED驱动方式。  用电容降压式电源。用它驱动小功率 LED，具有不怕负载短路、电路简单 等优点，而且一个电路能驱动170 个小功率LED（但是，这种电源电路 启动时的电流冲击，尤其是频繁启 动，会给LED造成破坏。当然，采取 适当的保护便可避免这种冲击）。 F，  oI 的 单位是A。限 流电容必须采用无极性电容，而且电 容的耐压值须在630V以上。 m 电容降压式电源的典型电路如 图 1所示，C1为降压电容器（采用 金属化聚丙烯电容），R1为C1提供 放电回路。电容C1为整个电路提供 恒定的工作电流。电容C2为电解电 容，其耐压值取决于所串联的LED 的个数（约为其总电压的1.5倍以 上），它的主要作用是抑制通电瞬间 引起的电压突变，从而降低电压冲击 对LED寿命的影响。R4为电容C2的 泄流电阻，其阻值应随着LED个数的 增加适当增加。 需要注意的是，该电路必须根 据负载的电流大小选取适当的电容， 而不是依据负载的电压和功率，通常 降压电容C1的容量C与负载电流Io 的关系可近似认为：C=14.5  oI   ，其中C 的容量单位是 图2 PTC热敏电阻 二     保护电路  由于电容降压电源是一种非隔 离式电源，在通电瞬间会产生很大 的电流，也就是所谓的浪涌电流。 此外，由于外界环境的影响（如雷 击），电网系统会侵入各种浪涌信 号，有些浪涌会导致LED的损坏。而 LED抗浪涌电流和抗反向电压能力都 比较差，加强这方面的保护也非常重 要，尤其是有些LED灯装在户外（如 LED路灯）。因此LED驱动电源要有 抑制浪涌的侵入、保护LED不被损坏 的能力。本电路用负温度系数热敏电 阻来限制电流的突变，利用正温度系 数热敏电阻自动调节电流大小，使之 趋于某个特定的变化范围，同时在电 源输入端并有瞬态电压抑制器以避免 电压过载。  （一）负温度系数热敏电阻保护 负温度系数热敏电阻简称NTC热 敏电阻，NTC是Negative  Temperature Coefficient  的缩写，意思是负的温度 系数，泛指负温度系数很大的半导体 材料或元器件，限制浪涌电流的最简 单有效的方法是在线路输入端串联一 只NTC热敏电阻，如图1中的R2。由 于在冷启动时，NTC热敏电阻呈现高 阻抗，因而使浪涌电流得到限制。而 当电流的热效应使NTC热敏元件的温 度升高，NTC阻值急剧下降时，对系 统的电流限制作用会较小。由于NTC 热敏电阻在热态下的阻抗并不是零， 故会产生功率损耗，当然，这种损耗 是很小的。  （二）正温度系数热敏电阻保护 正 温 度 系 数 热 敏 电 阻 P T C （Positive  Temperature  CoefflCient） 是指在某一温度下电阻急剧增加、具 有正温度系数的热敏电阻。为使电路 中的电流在正常工作下趋于稳定， 本电路还采用了PTC热敏电阻（见图 2），如图1中的R3。电流通过PTC热 敏电阻后引起温度升高，即发热体的 温度上升，当超过居里点温度后，电 阻增加，从而限制电流增加，于是电 流的下降导致元件温度降低，电阻值 的减小又使电路电流增加，元件温度 又升高，周而复始，因此具有使温度 保持在特定范围的功能。 正常情况下，PTC元件串接在电 路中，呈低阻状态，保证电路正常工 作；当电路发生短路或窜入异常大电 流时，PTC元件的自热使其阻抗增加 把电流限制到足够小，起到过电流保 护作用。当产生过电流的故障得到排 除，PTC元件自动复原到低阻状态。 既避免了维护更换，也避免了可能引 起电路损坏的持续循环的开闭状态。   图3 笔者制作的照明模块 （三）瞬态电压抑制器保护 瞬态电压抑制器 （ Transient Voltage Suppressor）, 简称TVS，是在 稳压管基础上发展起来的一种高效保 护器件，主要用于对电路元件进行快 速过压保护。当TVS管两极受到反向 瞬态高能量冲击时，它能以1012s 量级的速度将两极间的高阻抗变为很 低的阻抗，吸收高能量的浪涌，将两 极间的电压钳位于一个预定值，保护 电子线路中的元器件免受各种浪涌脉 冲的冲击而损坏。 对于过压保护这一方面，本电 路就是在电源输入端并联了TVS，如 图 1中的VD3，这样可以将电压维持 在TVS最大承受范围之内，当出现电 压高于TVS击穿点的过压现象时，可 以让电流流经TVS，借此保护LED照 明灯具。 实验表明，将指针万用表串入 电路后，在电路通电瞬间，指针突然 偏转大角度的现象得到明显的改善， 有效地防止了浪涌电流对LED的冲 击。同时，启动一段时间后，电流有 所下降，并逐渐趋于稳定。在器件的 选用方面，用1W的金属膜电阻或线 绕电阻代替NTC也可达到要求，过压 保护选用TVS或者压敏电阻均可。在 线路板设计方面，需要注意的是，高 压输入部分（即电源输入端到整流桥 部分）应尽量远离后面的负载电路， 而且在允许的情况下，高压输入部分 导线间的距离应保证在1mm以上。 基于这些方面的考虑，笔者设计了如 图 3所示LED照明灯具，此照明模块 已经连续工作了4年左右，亮度未见 有所衰减，而且未经任何维护。此电 路易于推广、普及，可广泛应用于公 共照明、走廊、仓库等。   专心-专注-专业