一款簡易可靠的LED照明驅動電路設計
發布時間:2014-06-26 責任編輯:sherryyu
【導讀】目前LED大多用直流驅動,因此在市電與LED燈珠之間需要加一個電源適配器即LED驅動電源。它的功能是把交流市電轉換成適合LED的直流電。本文介紹了一種簡易可靠的LED照明驅動電路設計,同時詳解了內部的各種電路保護設計。
一、驅動電源
LED均采用直流驅動,因此在市電與LED之間需要加一個電源適配器即LED驅動電源。它的功能是把交流市電轉換成適合LED的直流電。
LEDqudongdianyuananqiqudongfangshikeyifenweihengliushihewenyashi。hengliushiqudongdianlushuchudedianliushihengdingde,shuchudezhiliudianyasuizhefuzaizuzhidedaxiaobutongzaiyidingfanweineibianhua,fuzaizuzhixiao,shuchudianyajiudi,fuzaizuzhiyueda,shuchudianyayejiuyuegao。duiyuwenyadianyuandianlueryan,qishuchudedianyashigudingde,ershuchudedianliuquesuizhefuzaidezengjianerbianhua。
由於LED是電流隨電壓變化顯著的器件,當LED正向導通時,其正向電壓的微小變化便可引起LED電流的巨大變化。對於穩壓式LED驅動電源而言,當負載變化時,電流波動較大,LED在大電流下工作較長時間會損壞。實驗表明當流經LED的實際電流為其允許的最大電流的70%時,LED的發光效能為最佳。同時,由於發光二極管PN結的電壓溫度係數為-2mVP℃左右,當LED散熱不良導致溫度升高時,其工作電流也會較初始階段有明顯變化,這也是市麵上各種LED產品快速老化的主要原因。顯然,保證LED的驅動電流穩定對於LED的防老化顯得尤為重要。因此,恒流式驅動電源是比較理想的LED驅動方式。
通常驅動LED均采用專用恒流源或者驅動芯片,當受體積和成本等因素的限製時,最經濟實用的方法就是采用電容降壓式電源。用它驅動小功率LED具有不怕負載短路、電路簡單等優點,而且一個電路能驅動1~70個小功率LED.但是,這種電源電路啟動時的電流衝擊,尤其是頻繁啟動,會給LED造成破壞。當然,采取適當的保護便可避免這種衝擊。
電容降壓式電源的典型電路,C1為降壓電容器(采用金屬化聚丙烯電容),R1為C1提供放電回路。電容C1為整個電路提供恒定的工作電流。電容C2為電解電容,其耐壓值取決於所串聯的LED的個數(約為其總電壓的1.5倍以上),它的主要作用是抑製通電瞬間引起的電壓突變,從而降低電壓衝擊對LED壽命的影響。R4為電容C2的泄流電阻,其阻值應隨著LED個數的增加適當增加。
需要注意的是,必須根據負載的電流大小選取適當的電容,而不是依據負載的電壓和功率,通常降壓電容C1的容量C與負載電流Io的關係可近似認為:C=14.5I,其中C的容量單位是μF,Io的單位是A.限流電容必須采用無極性電容,而且電容的耐壓值須在630V以上。
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二、保護電路
由於電容降壓電源是一種非隔離式電源,在通電瞬間會產生很大的電流,也就是所謂的浪湧電流。
此外,由於外界環境的影響如雷擊的感應,從電網係統會侵入各種浪湧信號,有些浪湧會導致LED的損壞。而LED抗浪湧電流和抗反向電壓能力都比較差,加強這方麵的保護也非常重要,尤其是有些LED燈裝在戶外,如LED路燈。因此LED驅動電源要有抑製浪湧的侵入,保護LED不被損壞的能力。本電路采用NTC(負溫度係數熱敏電阻)來限製電流的突變,利用PTC(正溫度係數熱敏電阻)自動調節電流大小使之趨於某個特定的變化範圍,同時在電源輸入端並有TVS(瞬態電壓抑製器)以避免電壓過載。
2.1NTC保護
NTC是NegativeTemperatureCoefficient的縮寫,意思是負的溫度係數,泛指負溫度係數很大的半導體材料或元器件,所謂NTC熱敏電阻器就是負溫度係數熱敏電阻器。限製浪湧電流的最簡單有效的方法是在線路輸入端串聯一隻NTC熱敏電阻,如下圖中的R2.由於在冷啟動時,NTC熱敏電阻呈現高阻抗,因而使浪湧電流得到限製。而當電流的熱效應使NTC熱敏元件的溫度升高,NTC阻值急劇下降時,對係統的電流限製作用會較小。由於NTC熱敏電阻在熱態下的阻抗並不是零,故會產生功率損耗,當然,這種損耗是很小的。
2.2PTC保護
PTC(PositiveTemperatureCoefflCient)是指在某一溫度下電阻急劇增加、具有正溫度係數的熱敏電阻現象或材料。為使電路中的電流在正常工作下趨於穩定,本電路還采用了PTC熱敏電阻,如圖1中的R3.電流通過PTCremindianzuhouyinqiwendushenggao,jifaretidewendushangsheng,dangchaoguojulidianwenduhou,dianzuzengjia,congerxianzhidianliuzengjia,yushidianliudexiajiangdaozhiyuanjianwendujiangdi,dianzuzhidejianxiaoyoushidianludianliuzengjia,yuanjianwendushenggao,zhouerfushi,yincijuyoushiwendubaochizaitedingfanweidegongneng。
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PTC元件串接在電路中,正常情況下,呈低阻狀態,保證電路正常工作;當電路發生短路或竄入異常大電流時,PTC元件的自熱使其阻抗增加把電流限製到足夠小,起到過電流保護作用。當產生過電流的故障得到排除,PTC元件自動複原到低阻狀態。
既避免了維護更換,也避免了可能引起電路損壞的持續循環的開閉狀態。
2.3TVS保護
瞬態電壓抑製器(TransientVoltageSuppressor),簡稱TVS,是在穩壓管基礎上發展起來的一種高效保護器件,主要用於對電路元件進行快速過壓保護。
當TVS管兩極受到反向瞬態高能量衝擊時,它能以10~12秒(miao)量(liang)級(ji)的(de)速(su)度(du)將(jiang)兩(liang)極(ji)間(jian)的(de)高(gao)阻(zu)抗(kang)變(bian)為(wei)很(hen)低(di)的(de)阻(zu)抗(kang),吸(xi)收(shou)高(gao)能(neng)量(liang)的(de)浪(lang)湧(yong),將(jiang)兩(liang)極(ji)間(jian)的(de)電(dian)壓(ya)箝(qian)位(wei)於(yu)一(yi)個(ge)預(yu)定(ding)值(zhi),保(bao)護(hu)電(dian)子(zi)線(xian)路(lu)中(zhong)的(de)元(yuan)器(qi)件(jian)免(mian)受(shou)各(ge)種(zhong)浪(lang)湧(yong)脈(mai)衝(chong)的(de)衝(chong)擊(ji)而(er)損(sun)壞(huai)。
對於過壓保護這一方麵,本電路就是在電源輸入端並聯了TVS,如圖1中的D2,這樣可以將電壓維持在TVS最大承受範圍之內,當出現電壓高於TVS擊穿點的過壓的現象時,可以讓電流流經TVS,藉此保護LED照明燈具。

三、結果論證
實驗表明,將指針萬用表串入電路後,在電路通電瞬間,指針突然偏轉大角度的現象得到明顯的改善,有效地防止了浪湧電流對LED的衝擊。同時,啟動一段時間後,電流有所下降,並逐漸趨於穩定。用1W的金屬膜電阻或繞線電阻代替NTC也可達到要求,過壓保護選用TVS或者壓敏電阻均可。在線路板設計方麵,需要注意的是,高壓輸入部分(即電源輸入端到整流橋部分)應盡量遠離後麵的負載電路,而且在允許的情況下,高壓輸入部分導線間的距離應保證在1mm以上。基於這些方麵的考慮,設計了如圖2所示LED照明燈具,此照明模塊已經連續工作了4年左右,亮度未見有所衰減,而且未經任何維護。此電路易於推廣、普及,可廣泛應用於公共照明、走廊、倉庫等,極具商業化前景。
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