采用市電供電的LED驅(qū)動(dòng)器

LED的特點(diǎn)是工作電壓低，即使是白光LED的工作電壓也不會(huì)高于4V，相對(duì)于有效值220V的交流市電來說，就需要降壓或限流。降壓是通過工頻變壓器或高頻逆變器將市電降低到與LED工作電壓相匹配的電壓等級(jí)，限流是通過電路的限流特性使得流過LED的電流達(dá)到合適的數(shù)值。前者是電壓匹配，后者是電流匹配。就LED自身應(yīng)用特性和有利于LED使用壽命而言，無論是電壓匹配還是電流匹配最終均需要對(duì)電流進(jìn)行控制，所不同的是電壓匹配是將施加到LED的電壓控制在LED工作電壓數(shù)值上，這需要根據(jù)LED工作結(jié)溫進(jìn)行調(diào)節(jié)；電流控制方式則只控制流過LED電流值，無須考慮LED的串聯(lián)數(shù)。

實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要多只LED串聯(lián)應(yīng)用，串聯(lián)LED的總工作電壓越接近電源電壓,驅(qū)動(dòng)器的運(yùn)行效率越高，但隨之而來的問題就是多只串聯(lián)是否允許其中一只或數(shù)只LED損壞而不至于影響整個(gè)電路的工作。

照明用LED需要比較大的功率，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)散發(fā)很多的熱量，如果不能將LED發(fā)出的熱量散發(fā)掉就會(huì)導(dǎo)致結(jié)溫升高最終影響其光效和使用壽命。

與一般低電壓直流電供電不同，市電供電不僅電壓高，需要進(jìn)行電壓變換，而且還要將交流電整流成直流電，這使得市電供電的LED驅(qū)動(dòng)電路會(huì)遠(yuǎn)比低壓直流電LED驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜的多，因此LED要步入照明領(lǐng)域就必須降低驅(qū)動(dòng)電路的成本。由于市電供電的LED驅(qū)動(dòng)器不需要隔離，因此采用非隔離變換器可以簡(jiǎn)化電路。

比較實(shí)用的市電供電LED驅(qū)動(dòng)電路可以根據(jù)實(shí)際需要采用電容器限流、峰值電流型控制或電流時(shí)間遲滯型控制方式，也可以采用其他方式，其目的就是讓LED可靠地工作，充分發(fā)揮其高光效、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)。

采用電容鎮(zhèn)流技術(shù)
利用電容器限制電流可以在很多小功率電路中見到，如電動(dòng)剃須刀的充電電路、電子電能表的輔助電源等。

在市電供電條件下，LED驅(qū)動(dòng)器的最簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方法是采用電容器鎮(zhèn)流方式，電路如圖1所示。其具有非常低的成本。

圖1 使用電容鎮(zhèn)流的LED驅(qū)動(dòng)器

該電路的原理為利用電容器的容抗限制回路電流值。在實(shí)際應(yīng)用中，即使是多只LED串聯(lián)，其工作電壓相對(duì)市電電壓而言也是很低的，電容器上的電壓是絕大部分，因此可以近似的認(rèn)為市電電壓除以電容器容抗就是電容限流電路的電流。可以用15μF/A為標(biāo)準(zhǔn)來估算所需要的電容量。對(duì)于工作電流為20mA的LED驅(qū)動(dòng)電路，僅需要0.3μF的電容。

接下來的問題就是將交流電整流成為直流電，因此圖1電路中需要整流濾波電路。為了防止上電時(shí)電容器的浪涌電流對(duì)LED的沖擊，需要在回路中串聯(lián)電阻加以限制，同時(shí)在濾波電容器的選擇上應(yīng)注意其吸收了浪涌電流。

電容鎮(zhèn)流的LED驅(qū)動(dòng)電路僅適用于小功率LED照明應(yīng)用，不適用于數(shù)瓦的LED照明，特別不適用于大電流的LED驅(qū)動(dòng)。

峰值電流型控制方式
在沒有專用LED市電驅(qū)動(dòng)芯片時(shí)，可以利用峰值電流型開關(guān)電源控制芯片或開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)電路。峰值電流型控制方式可以及時(shí)地在電感電流達(dá)到設(shè)定值時(shí)關(guān)閉開關(guān)管。應(yīng)用單片開關(guān)電源NCP1010構(gòu)成LED驅(qū)動(dòng)器，電路如圖2所示。

圖2 典型的應(yīng)用NCP1010構(gòu)成LED驅(qū)動(dòng)器

[!--empirenews.page--]圖2電路實(shí)際上就是一個(gè)帶有輸出電流控制的開關(guān)電源，很顯然這個(gè)電路成本不會(huì)很低。在實(shí)際應(yīng)用中，作為照明的LED電路是沒有必要隔離的，因此在LED工作電流與NCP1010相同時(shí)可以將圖2修改成圖3電路。

圖3 用NCP1010構(gòu)成更簡(jiǎn)單的LED驅(qū)動(dòng)器

由于LED驅(qū)動(dòng)器沒有隔離的要求，用NCP1010構(gòu)成LED驅(qū)動(dòng)器比用NCP1010構(gòu)成的開關(guān)電源還簡(jiǎn)單。采用單片開關(guān)電源構(gòu)成LED的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單、成本低，如NCP1010的售價(jià)為0.38美元。與控制電路加開關(guān)管的方案相比，其不僅電路簡(jiǎn)單，成本也可以接受的。

如果LED工作電流與NCP1010不同時(shí)，可以在圖3電路基礎(chǔ)上略加修改得到圖4電路。

圖4 具有簡(jiǎn)單反饋電路的應(yīng)用NCP1010的LED驅(qū)動(dòng)電路

在峰值電流控制方式下的輸出電壓反饋僅僅是防止輸出過壓的保護(hù)措施，在LED正常工作時(shí)是不起作用的。

如果單片開關(guān)電源的峰值電流限制值與所驅(qū)動(dòng)的LED工作電流相一致，則電路將是最簡(jiǎn)單的。如果LED工作電流小于單片開關(guān)電源的峰值限制值，則需要在LED上串聯(lián)電流檢測(cè)電阻并反饋到單片開關(guān)電源的反饋端，電路如圖3所示。很顯然，這時(shí)電路的控制方式不再是峰值電流型而轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄娏餍?，其響?yīng)速度降低于峰值電流型。與此同時(shí)，反饋端將同時(shí)接收輸出電流和輸出電壓反饋。

除了采用NCP1010單片開關(guān)電源作為LED驅(qū)動(dòng)器外，還可以用其他型號(hào)的單片開關(guān)電源芯片實(shí)現(xiàn)市電供電的LED驅(qū)動(dòng)電路。

時(shí)間遲滯控制方式
峰值電流型控制方式在占空比大于0.5，特別是在電流連續(xù)時(shí)需要進(jìn)行斜率補(bǔ)償才能保證不會(huì)產(chǎn)生低頻“自激”現(xiàn)象，這將使得電路和調(diào)節(jié)變得復(fù)雜。為了避免這類事件的發(fā)生，可以采用防止電流時(shí)間遲滯控制方式。

最簡(jiǎn)單的辦法就是采用IRS2541控制電路，電路如圖5所示。

圖5 基于IRS2541的LED驅(qū)動(dòng)電路

在交流市電供電條件下，圖5電路僅需要在輸入端加入一個(gè)橋式整流電路即可。
　　
結(jié)語
采用最簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)LED驅(qū)動(dòng)電路是LED與氣體放電燈競(jìng)爭(zhēng)的最基本條件，選擇盡可能簡(jiǎn)單、成本盡可能低的電路結(jié)構(gòu)和控制方式，可以在確保LED驅(qū)動(dòng)電路性能的基礎(chǔ)上有效地降低電路成本。