實(shí)用的LED照明驅(qū)動電路

 隨著固態(tài)照明工業(yè)領(lǐng)域的興起與不斷改進(jìn)，發(fā)光二極管(LED)因其具有高效、節(jié)能、壽命長、環(huán)保等特點(diǎn)，已成為現(xiàn)今照明技術(shù)的可選方案，并被應(yīng)用于照明。促使人們關(guān)注LED照明技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵因素是，其大大降低了能源的消耗，并可實(shí)現(xiàn)長期可靠的工作。    <<

    當(dāng)然，采用LED照明，首先考慮的是其亮度、成本以及壽命。影響LED壽命的主要原因是其頻繁啟動瞬間的電流沖擊，外界的各種浪涌脈沖，以及正常工作時(shí)的電流限制等，筆者在本文介紹的電路綜合了這些因素，從電路設(shè)計(jì)上盡量避免大電流對LED照明燈具的沖擊，并將其工作電流穩(wěn)定在某一范圍內(nèi)，了目前LED照明燈具的亮度衰減問題，從而有效地延長其使用壽命。   <<

    LED均采用直流驅(qū)動，在市電與LED加一個(gè)電源適配器即LED驅(qū)動電源。它的功能是把交流市電轉(zhuǎn)換成適合LED的直流電。通常驅(qū)動LED采用專用恒流源驅(qū)動芯片，受體積和成本等因素的限制，最經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法采用電容降壓式電源。用它驅(qū)動小功率LED，具有不怕負(fù)載短路、電路簡單等優(yōu)點(diǎn)，而且一個(gè)電路能驅(qū)動1～70個(gè)小功率LED(但是，這種電源電路啟動時(shí)的電流沖擊，尤其是頻繁啟動，會給LED造成破壞。當(dāng)然，采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)便可避免這種沖擊)。

    電容降壓式電源的典型電路如圖1，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(gè)電路提供恒定的工作電流。電容 C2為電解電容，其耐壓值取決于所串聯(lián)的LED的個(gè)數(shù)(約為其總電壓的1．5倍)，它的主要作用是抑制通電瞬間引起的電壓突變，從而降低電壓沖擊對 LED壽命的影響。R4為電容C2的泄流電阻，其阻值應(yīng)隨著LED個(gè)數(shù)的適當(dāng)。    <<

    注意的是，該電路根據(jù)負(fù)載的電流大小選取適當(dāng)?shù)碾娙?，而不是依?jù)負(fù)載的電壓和功率，通常降壓電容C1的容量C與負(fù)載電流Io的關(guān)系可近似認(rèn)為：C=14.5Io，其中C的容量單位是uF，Io的單位是A。限流電容采用無極性電容，而且電容的耐壓值須在630V。    <<

    電容降壓電源是一種非隔離式電源，在通電瞬間會產(chǎn)生很大的電流，也所謂的浪涌電流。此外，外界環(huán)境的影響(如雷擊) 電網(wǎng)系統(tǒng)會侵入各種浪涌信號，有些浪涌會導(dǎo)致LED的損壞。    <<

而LED抗浪涌電流和抗反向電壓能力都比較差，加強(qiáng)這的保護(hù)也非常重要，尤其是有些LED 燈裝在戶外(如LED路燈)。LED驅(qū)動電源要有抑制浪涌的侵入、保護(hù)LED不被損壞的能力。本電路用負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻來限制電流的突變，正溫度系數(shù)熱敏電阻自動調(diào)節(jié)電流大小，使之趨于某個(gè)特定的變化范圍，在電源輸入端并有瞬態(tài)電壓抑制器以避免電壓過載。   <<

(一)負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻保護(hù)    <<

    負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻簡稱NTC熱敏電阻，NTC是Negative Temperature Coefficient的縮寫，意思是負(fù)的溫度系數(shù)，泛指負(fù)溫度系數(shù)很大的半導(dǎo)體材料或元器件，限制浪涌電流的最簡單有效的方法是在線路輸入端串聯(lián)一只 NTC熱敏電阻，如圖1中的R2。    <<

在冷啟動時(shí)，NTC熱敏電阻呈現(xiàn)高阻抗，因而使浪涌電流得到限制。而當(dāng)電流的熱效應(yīng)使NTC熱敏元件的溫度升高，NTC阻值急劇下降時(shí)，對系統(tǒng)的電流限制作用會較小。NTC熱敏電阻在熱態(tài)下的阻抗并不是零，故會產(chǎn)生功率損耗，當(dāng)然，這種損耗是很小的。    <<

(二)正溫度系數(shù)熱敏電阻保護(hù)
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    正溫度系數(shù)熱敏電阻PTC(Positive Temperature Coefficient)是指在某一溫度下電阻急劇、具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻。為使電路中的電流在正常工作下趨于穩(wěn)定，本電路還采用了PTC熱敏電阻，如圖1中的R3。電流通過PTC熱敏電阻后引起溫度升高，即發(fā)熱體的溫度上升，當(dāng)超過居里點(diǎn)溫度后，電阻，從而限制電流，于是電流的下降導(dǎo)致元件溫度降低，電阻值的減小又使電路電流，元件溫度又升高，周而復(fù)始，具有使溫度保持在特定范圍的功能。    <<

    正常下，PTC元件串接在電路中，呈低阻，保證電路正常工作；當(dāng)電路發(fā)生短路或竄入異常大電流時(shí)，PTC元件的自熱使其阻抗把電流限制到足夠小，起到過電流保護(hù)作用。當(dāng)產(chǎn)生過電流的故障得到排除，PTC元件自動復(fù)原到低阻。既避免了維護(hù)更換，也避免了引起電路損壞的持續(xù)循環(huán)的開閉。    <<

(三)瞬態(tài)電壓抑制器保護(hù)    <<

    瞬態(tài)電壓抑制器(Transient Voltage Suppressor)，簡稱TVS，是在穩(wěn)壓管基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種高效保護(hù)器件，主要用于對電路元件進(jìn)行快速過壓保護(hù)。當(dāng)TVS管兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時(shí)，它能以10-12s量級的速度將兩極間的高阻抗變?yōu)楹艿偷淖杩?，吸收高能量的浪涌，將兩極間的電壓鉗位于個(gè)預(yù)定值，保護(hù)電子線路中的元器件免受各種浪涌脈沖的沖擊而損壞。
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    對于過壓保護(hù)這一，本電路在電源輸入端并聯(lián)了TVS，如圖1中的VD3，這樣可以將電壓維持在TVS最大承受范圍之內(nèi)，當(dāng)出現(xiàn)電壓高于TVS擊穿點(diǎn)的過壓現(xiàn)象時(shí)，可以讓電流流經(jīng)TVS，借此保護(hù)LED照明燈具。

    實(shí)驗(yàn)表明，將指針萬用表串入電路后，在電路通電瞬間，指針突然偏轉(zhuǎn)大角度的現(xiàn)象得到明顯的改善，有效地防止了浪涌電流對LED的沖擊。，啟動一段時(shí)間后，電流有所下降，并趨于穩(wěn)定。在器件的選用，用1W的金屬膜電阻或線繞電阻代替NTC也可達(dá)到要求，過壓保護(hù)選用TVS壓敏電阻均可。    <<

在線路板設(shè)計(jì)，注意的是，高壓輸入部分(即電源輸入端到整流橋部分)應(yīng)盡量遠(yuǎn)離的負(fù)載電路，而且在允許的下，高壓輸入部分導(dǎo)線間的距離應(yīng)保證在1 mm。   <<

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