小功率LED驅(qū)動電路設(shè)計方案

1、小功率LED驅(qū)動電路設(shè)計方案2011年12月05日 15:12本站整理 作者：秩名用戶評論（0）關(guān)鍵字：LED驅(qū)動電路(18)引言由于小功率白光LED 價格低廉，發(fā)熱量小，光效高等特點，被大范圍的應(yīng)用到了普通照明，景觀照明，因此小功率LED 驅(qū)動電源的設(shè)計和性能上的提高也就有了迫切的需求。LED 照明燈通常采用市電供電，由于LED 工作電壓低，電流小等特點，用市電驅(qū)動LED 要解決降壓和整流問題，還要有比較高的效率，較小的體積和較低成本。LED 是電流驅(qū)動器件，其亮度與正向電流成正比，為了保證LED 發(fā)光高效均勻、LED 驅(qū)動源應(yīng)為恒電流輸出。因此設(shè)計高效簡單，價格低廉的LED 驅(qū)動源成為當(dāng)前

2、一個研究熱點。提出一種基于恒流二極管的電容降壓式小功率LED 驅(qū)動電路設(shè)計方案，由交流市電供電，輸出低壓恒流，只需調(diào)整電路中部分元件參數(shù)即可恒流驅(qū)動不同功率LED 燈組。這種設(shè)計方案在傳統(tǒng)電容降壓驅(qū)動電路基礎(chǔ)上引入了恒流二極管，保證了驅(qū)動源低壓恒流輸出。負(fù)載小功率LED 采用交叉陣列方式連接，降低了滅燈率。1 LED 連接方式在設(shè)計LED 照明系統(tǒng)時，需要考慮選用什么樣的LED 驅(qū)動器，以及LED 的連接方式，只有合理的匹配設(shè)計，才能保證LED 正常工作。小功率白光LED 的正向電壓范圍一般為2.84 V，工作電流為1520 mA。照明用的LED 燈一般是多個這樣的小功率LED 通過串并聯(lián)方式

3、組合在一起的，這些LED 通常需要匹配以產(chǎn)生均勻的亮度。另外還需要采用合理的方式將這些LED 連接在一起，不能因為其中一顆LED 燈珠損壞而導(dǎo)致整個LED 燈組不能工作。將多個同型號的LED 串接在一起，流過每個LED 的電流相等。LED 一致性較差時，雖然不同LED 燈珠正向電壓不同，但流過每個LED 的電流相等，每個LED 燈珠的亮度將會一致。LED 串聯(lián)連接驅(qū)動源輸出電壓要求較大，電流必須恒定在20 mA 以下。當(dāng)其中一個LED 因為品質(zhì)不良斷路后，將會導(dǎo)致整個LED 燈組不亮，這對LED 燈珠的品質(zhì)和焊接工藝要求較高。多個LED 燈珠全部并聯(lián)，需要驅(qū)動器輸出較大的電流，輸出電壓在3 V

4、 左右。并聯(lián)連接方式可以避免一個LED 燒壞后整個燈組熄滅這一嚴(yán)重缺陷。由于LED 發(fā)光強度與工作電流成正比關(guān)系，LED 燈珠之間參數(shù)存在一定差異，流過每個LED燈珠的電流不一致，直接導(dǎo)致LED 發(fā)光亮度不均勻。采用恒流方式驅(qū)動并聯(lián)LED 時，LED 燈珠應(yīng)盡量多的并聯(lián)，防止因為其中幾顆LED 燒壞，致使流過其他LED 的電流增加而燒壞。為了提高可靠性、發(fā)光均勻性，提出了交叉陣列連接方式，圖1 為LED 交叉陣列連接方式圖。從圖中可以看出當(dāng)其中個別LED 短路或斷路，也不會引起整個燈組熄滅。這種交叉陣列連接方式具有線路簡單，亮度穩(wěn)定，可靠性高，對驅(qū)動要求較低等特點。2 小功率LED 驅(qū)動電路設(shè)

5、計2.1 電容降壓電路LED 采用交流市電供電時，必須經(jīng)過AC/DC以及DC/DC 轉(zhuǎn)換將高電壓的交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，目前降壓電路主要有工頻變壓器線性降壓電路，高頻開關(guān)電路，基于IC 的降壓電路，電容降壓電路等幾類?？紤]到驅(qū)動電源的體積與成本，本文采用電容式降壓電路。圖2 為電容降壓電路：圖2 中無極性降壓電容C1 的充放電電流為IC=2fCU0 (U0 為交流電壓，f 為交流頻率)，降壓電容C1 向負(fù)載提供的電流I0 實際上就是流過C1的充放電電流IC。當(dāng)負(fù)載電流小于的充放電電流時 ,多余的電流就會流過濾波電容C2。若U0=220 V，f=50 Hz 則IC=69C(IC 的單位為mA，

6、C 的單位為F)。為了能夠保證降壓電容安全可靠工作，其耐壓值應(yīng)大于2 倍市電電壓，因此降壓電容宜選用耐壓值630 V 的獨石電容。R1 為1 M 放電電阻，當(dāng)電路斷電C1 通過R1 快速放電，D1D4 為IN4007組成的全波整流橋。為了獲得較好的濾波效果，選擇的濾波電容的容量應(yīng)滿足RLC=(35)T/2(RL 為負(fù)載電阻，T 為0.02 s)，耐壓值應(yīng)大于1.1 2 U0(U0為電容降壓電路輸出電壓)。原則上，電容值取的越大，輸出電壓越平滑其紋波值越小。但是隨著電容容量的增大，一般其體積也隨之增大，在考慮電路板面積的情況下，應(yīng)盡量選擇大容量的濾波電容。2.2 市電供電的小功率LED 驅(qū)動電路

7、基于恒流二極管的市電供電小功率LED 驅(qū)動電路如圖3 所示：圖中D5,D6 為恒流二極管，本設(shè)計采用的恒流二極管為貴州博越公司的2DHL 系列。2DHL 系列恒電流二極管是一種硅材料制造的基礎(chǔ)電子器件。正向恒電流導(dǎo)通，反向截止。輸出的恒電流大，精度高，啟動電壓低。器件按極性接入電路回路中，即可達(dá)到恒流的效果，應(yīng)用簡單，實現(xiàn)了電路理論和電路設(shè)計中的二端恒流源。由于輸出電流大，可以直接驅(qū)動負(fù)載，實現(xiàn)恒定電流電源。在LED、半導(dǎo)體激光器、以及需要恒功率供電驅(qū)動的場合有廣泛應(yīng)用。具有啟始電壓低(33.5 V)，恒流電壓范圍廣(25100 V)，響應(yīng)時間快(tr 50 ns tf 70 ns)，負(fù)溫度系

8、數(shù)等優(yōu)良特性。為了提供更大電流可以將多個恒流二極管并聯(lián)使用，并聯(lián)以后輸出電流為各個恒流二極管標(biāo)稱電流之和。由于恒流二極管工作電壓范圍加大，因此即使負(fù)載LED 短路也不會導(dǎo)致整個驅(qū)動電路燒毀，具有很強的電路保護功能。小功率LED 正向電壓2.83.2 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(shù))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LED 正向驅(qū)動電流應(yīng)小于其標(biāo)電流。小功率LED電流達(dá)15 mA 以后，亮度以達(dá)到飽和，如果繼續(xù)增大電流不僅不會提高亮度，還會使LED 的PN 溫度迅速升高導(dǎo)致光衰。小功率L

9、ED驅(qū)動電路設(shè)計方案(2)2011年12月05日 15:12本站整理 作者：秩名用戶評論（0）關(guān)鍵字：LED驅(qū)動電路(18)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(qū)動電路輸出電壓可以達(dá)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(shè)計的驅(qū)動電路主要使用50 V和100 V 的濾波電容。雖然電容容值越大驅(qū)動電路輸出電流越大，但降壓電容值太大會降低整個驅(qū)動電路的安全特性與穩(wěn)定性，因此建議降壓電容的容值不要超過3.3 F。下表1 給出了采用0.683.3 F不同大小降壓電容，驅(qū)動電路在不同電壓下提供的電流

10、以及能夠驅(qū)動的最多LED 數(shù)量。(此表中的數(shù)據(jù)為多次實驗與仿真所得)。LED 采用交叉陣列方式連接，先將相同個數(shù)LED 并聯(lián)成組，再將各個組串聯(lián)。采用交叉陣列方式，對LED 燈珠一致性要求不高，并且不會因為其中一顆燈珠損毀而導(dǎo)致整個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(yīng)在白光LED 燈中適當(dāng)加入幾顆黃光LED 燈珠。3 仿真與實驗分析3.1 驅(qū)動電路的 Pspice 仿真為了驗證驅(qū)動電路的可行性，采用pspice 電路仿真軟件對電路進行了仿真，圖3 為瞬態(tài)分析時輸出電壓與電流波形。驅(qū)動電路中降壓電容C1 容量為1 F，濾波電容C2 容

11、量為1000 F，串聯(lián)一顆2DHL060 恒流二極管(恒定電流60 mA)，輸出驅(qū)動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 時進入穩(wěn)定狀態(tài) ,穩(wěn)定后其輸出電壓為25V 輸出電流恒定為60 mA。基本驗證了基于恒流二極管的小功率LED 驅(qū)動電路的可行性。3.2 實驗分析為了進一步驗證了基于恒流二極管的小功率LED 驅(qū)動電路的可行性。制作了驅(qū)動65 顆(5*15方式連接)0.06 W 白光LED 的驅(qū)動源，其中降壓電容C1 為1.5 F，濾波電容C2 為1000 F，恒流二極管為兩顆2DHL040 并聯(lián)，并利用萬用表對電流電壓進行測量。實際測得輸入電壓在196248 V范圍內(nèi)輸出電流恒定為80 mA，相當(dāng)于流過每