小功率LED驅(qū)動(dòng)電源技術(shù)拓?fù)浞桨?/h1>
隨著全球各國(guó)日益注重節(jié)能減排的要求， LED作為新光源以其高效節(jié)能越來(lái)越得到廣泛的應(yīng)用。下面主要介紹關(guān)于小功率段1-30W之間的LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用非隔離技術(shù)方面的介紹。
一 阻容降壓：
1. 阻容降壓的原理和應(yīng)用：
電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流， 而電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓的角色。
2. 采用電容降壓時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：
根據(jù)負(fù)載的電流大小和交流電的工作頻率選取適當(dāng)?shù)碾娙荩?而不是依據(jù)負(fù)載的電壓和功率， 限流電容必須采用無(wú)極性電容， 不能采用電解電容。而且電容的耐壓須在400V以上， 最理想的電容為聚丙烯金屬薄膜電容。 電容降壓不能用于大功率條件， 一般用于5W以下小功率應(yīng)用場(chǎng)合， 電容降壓不適合動(dòng)態(tài)負(fù)載條件， 電容降壓不適合容性和感性負(fù)載， 在LED電源的驅(qū)動(dòng)方面應(yīng)用上適合單電壓應(yīng)用。
3. 阻容降壓式簡(jiǎn)易電源的基本電路如（圖1）
圖1.
C1為降壓電容器， D1, 2, 3, 4為橋式整流二極管， ZD1是穩(wěn)壓二極管， R1為關(guān)斷電源后C1的電荷泄放電阻。
4. 器件選擇
電路設(shè)計(jì)時(shí)， 應(yīng)先測(cè)定負(fù)載電流的準(zhǔn)確值， 然后參考示例來(lái)選擇降壓電容器的容量。因?yàn)橥ㄟ^(guò)降壓電容C1向負(fù)載提供的電流Io, 實(shí)際上是流過(guò)C1的充放電電流Ic.C1容量越大， 容抗Xc越小， 則流經(jīng)C1的充、放電電流越大。當(dāng)負(fù)載電流Io小于C1的充放電電流時(shí)， 多余的電流就會(huì)流過(guò)穩(wěn)壓管， 若穩(wěn)壓管的最大允許電流Idmax小于Ic-Io時(shí)易造成穩(wěn)壓管燒毀。為保證C1可靠工作， 其耐壓選擇應(yīng)大于兩倍的電源電壓。泄放電阻R1的選擇必須保證在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)泄放掉C1上的電荷。
5. 實(shí)際參數(shù)計(jì)算方法：
已知C1為0.33μF, 交流輸入為220V/50Hz, 求電路能供給負(fù)載的最大電流。
C1在電路中的容抗Xc為：
Xc=1 /（2 πf C）= 1/（2*3.14*50*0.33*10-6）= 9.65K
流過(guò)電容器C1的充電電流（Ic）為：
Ic = U / Xc = 220 / 9.65 = 22mA.
二 線性驅(qū)動(dòng)電路：
1. 典型的電路如（圖2）
圖2
2. 工作原理：
R3為恒流電阻， 利用R3的壓降來(lái)控制TL432的開(kāi)關(guān)， 在利用432的開(kāi)關(guān)來(lái)控制Q1的導(dǎo)通從而達(dá)到輸出恒流的目的， 選擇432的目的是利用432基準(zhǔn)為1.21V來(lái)降低在R3上的損耗。電流恒流值之為1.21/R3, R1選擇根據(jù)Q1的放大倍數(shù)來(lái)選取。
3. 應(yīng)用場(chǎng)合注意事項(xiàng)：
此電路建議應(yīng)用在單電壓輸入， 輸出電流小電流的LED電源驅(qū)動(dòng)上， 比如球泡燈， T管等， 一般建議輸出電流在100mA下。同時(shí)輸出電壓越接近輸入會(huì)比較好， 這樣避免Q1的的壓降過(guò)大而造成損耗過(guò)大， 效率較低， 因此LED的使用也最好串聯(lián)使用。
三 恒流二極管驅(qū)動(dòng)電路
1. 典型的電路如（圖3, 圖4）
圖3
圖4
2. 工作原理
理想的恒流源是一種內(nèi)阻為無(wú)窮大的器件， 不論其兩端電壓為何值， 其流經(jīng)的電流永遠(yuǎn)不變。當(dāng)然這種器件是不可能存在的。實(shí)際的恒流二極管相當(dāng)于一個(gè)在一定工作電壓范圍內(nèi) 例如25-100V其電流恒定為某一值例如20mA.其等效電路如圖5所示
圖5
其內(nèi)阻為Z, 并聯(lián)的電容大約為4-10pF.其典型的伏安特性如圖六所示。
圖6
它在某一個(gè)電壓范圍內(nèi)有一段恒流區(qū)間， 在這個(gè)區(qū)間， 流經(jīng)的電流幾乎不變， VL為到達(dá)IL的電壓值， IL大約為0.8Ip.
3. 應(yīng)用注意事項(xiàng)
由于恒流二極管需要一定的電壓Vk才能夠進(jìn)入恒流， 所以太低的電源電壓是無(wú)法工作的。通常這個(gè)Vk大約在5-10V左右 所以大多數(shù)采用電池供電的LED是無(wú)法工作的， 最大電流由于恒流二極管的功耗受到限制， 所以過(guò)大的電流也是不合適的。例如1W的LED通常需要350mA, 恒流二極管就很難提供， 目前比較合適的使用場(chǎng)合就是交流市電供電的LED燈具采用很多小功率LED串聯(lián)也就是高壓小電流的情況是最為合適；但是由于恒流二極管的耐壓有一定的限制 所以它所能吸收的電源電壓變化也是有限的。就拿100V耐壓的CRD來(lái)說(shuō)用在220V市電電源里都還只能對(duì)付有限的電壓變化。220V經(jīng)過(guò)橋式整流以后它的輸出直流電壓大約為264V.如果市電變化+10% ~-15%就相當(dāng)于整流后為290~187V, 電壓變化103V.已經(jīng)超過(guò)其耐壓了。因?yàn)長(zhǎng)ED伏安特性的非線性 所以很難用公式來(lái)表示。總之當(dāng)市電電壓降低時(shí)LED中的電流就會(huì)隨市電電壓的降低而降低。其亮度也會(huì)跟著變。 典型應(yīng)用電路中圖3為典型的應(yīng)用電路， 圖4為加了阻容降壓的應(yīng)用電路為了應(yīng)對(duì)低電壓的輸出場(chǎng)合。
四 采用單極PFC的Buck電路
隨著目前法規(guī)和能效的需求， 針對(duì)LED應(yīng)用提出高PF以及適應(yīng)全電壓范圍都能可靠工作的要求， 并且朝小型化方面發(fā)展， 因此之前的填谷式的PFC電路也需要增加兩個(gè)高壓電容因體積的限制不太適合應(yīng)用。有鑒如此， 國(guó)內(nèi)外很多廠商都推出了適應(yīng)球泡燈和T管之類(lèi)的非隔離電源應(yīng)用驅(qū)動(dòng)方案， 下面就以通嘉科技的LD7832做為典型介紹。
1. LD7832介紹
LD7832是一款應(yīng)用在Buck電路中采用TM模式控制的高PF值LED驅(qū)動(dòng)控制芯片， 應(yīng)用外圍元件少最大限度的減少了PCB尺寸， 保護(hù)功能齊全， 滿(mǎn)足各項(xiàng)功能測(cè)試和可靠性應(yīng)用測(cè)試的要求， 設(shè)計(jì)調(diào)試相當(dāng)簡(jiǎn)單， 最大限度的滿(mǎn)足客戶(hù)要求快速設(shè)計(jì)上線量產(chǎn)并滿(mǎn)足法規(guī)的需求， 適合在30W以下球泡燈， T管等產(chǎn)品應(yīng)用， 為了適應(yīng)不同需要， LD7832有外置MOS和內(nèi)置MOS（2A）不同的版本供選擇。
2. 特點(diǎn) 內(nèi)置600V高壓?jiǎn)?dòng)電路
高PFC功能控制器
高效過(guò)渡模式控制
低成本設(shè)計(jì)應(yīng)用外圍零件最少
電流調(diào)整精度高
寬范圍 UVLO （17V開(kāi)， 8V 關(guān)）
Vcc 過(guò)電壓保護(hù)功能
ZCD欠壓保護(hù)功能
Cs短路保護(hù)功能
環(huán)路開(kāi)路保護(hù)功能
IC內(nèi)部OTP保護(hù)功能（針對(duì)集成MOS IC）
250mA/-500mA驅(qū)動(dòng)能力
3. 工作原理
LD7832是采用電壓模式控制在邊界條件下工作的固定開(kāi)通時(shí)間的PFC控制器， 利用IC的Comp電壓和IC內(nèi)部的Ramp信號(hào)做比較來(lái)決定MOS的開(kāi)通時(shí)間。工作原理波形如下圖7.
圖7
在半個(gè)輸入電壓周期內(nèi)， 控制TON固定， 則電感電流峰值跟隨輸入電壓峰值， 且相位相同， 實(shí)現(xiàn)高功率因素PF, 有如下等式：
LT）t（V）t（IONIN）peak（L= （1）
4. 典型應(yīng)用線路：
圖8
5. 關(guān)鍵零件參數(shù)設(shè)計(jì)
5.1 Buck電感設(shè)計(jì)
先確定最大占空比， 再由輸出LED電壓， 電流算出Buck電感量：
D= VLED/VINDC （2）
L=【（1-D）*VLED】/（2*FSW*ILED） （3）
5.2 Iled 電流設(shè)定：
LD7832內(nèi)置的定電流電壓準(zhǔn)位為0.2V, 由此：
ILED=0.2/Rs （4）
5.3 Zcd 參數(shù)設(shè)計(jì)：
圖9
LD7832 ZCD的內(nèi)部電壓鉗位在0.3--5V,IC通過(guò)檢測(cè)ZCD pin電壓來(lái)控制Gate on/off并且確保IC工作在TM模式，同時(shí)此Pin還具有OVP保護(hù)功能，如果IZCD>200uA,ZCD OVP功能啟動(dòng)，加上Rz2的目的是為了減少高電壓輸入時(shí)對(duì)ZCD pin的干擾，誤觸發(fā)ZCD 的OVP.建議的Rzcd（RZ1）電阻取值如下式，Rzcd阻值建議至少大于100k:
1.3*uA2005V）（VR）（ZCDOUTZCD（Rz1）_OVP?> （5）---如果沒(méi)有Rz2
1.3*}uA200{5/Rz25V）（VR）（ZCDOUTZCD（Rz1）_OVP+?> （6）-----如果加上Rz2
5.4 Vcc設(shè)計(jì)
參考圖8, Zenor取值根據(jù)VOUT電壓設(shè)計(jì)， 一般Vcc取值設(shè)定在16V左右， Zenor=Vout-Vcc, Vcc電容設(shè)定在10-22μF.
5.5 Comp 參數(shù)選擇
建議的Comp 電容取值范圍在0.22-1μF左右。
5.6 應(yīng)用實(shí)例（輸出24V300mA）：
5.6.1實(shí)際的應(yīng)用線路圖
圖10
5.6.2 實(shí)際測(cè)試輸出電流精度和效率
測(cè)試條件：
Input:AC90/110/220/264（60HZ）
Output:CV mode: 20.4-27.6V
電流精度 （%）：
5.6.3 PF和THD
五 總結(jié)
本文主要簡(jiǎn)單闡述了非隔離線路在LED驅(qū)動(dòng)電源上的一些應(yīng)用， 相比其他， 采用Buck PFC的方式可以在全電壓下工作， LED恒流精度基本上不受輸入電壓影響， LED可以以較大的電流工作， 并且在全電壓范圍都能實(shí)現(xiàn)較高的效率， 工作更加穩(wěn)定可靠， 當(dāng)然因?yàn)槭歉哳l開(kāi)關(guān)工作模式也會(huì)帶來(lái)一些EMC的問(wèn)題， 這是無(wú)法避免的。
6次
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