led燈驅動電源電路圖 led燈的驅動原理電路圖方案詳解 KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2018-05-09
接觸過LED的人都知道：由于LED正向伏安特性非常陡圖1.1（正向動態電阻非常小），要給LED正常供電就比較困難。不能像普通白熾燈一樣，直接用電壓源供電，否則電壓波動稍增，電流就會增大到將LED燒毀的程度。為了穩定LED的工作電流，保證LED能正常可靠地工作，具有”鎮流功能”的各種各樣的LED驅動電路就應運而生。最簡單的是串聯一只鎮流電阻，而比較復雜的是用許多電子元件構成的“恒流驅動器”。
1、LED區域照明電源架構及典型LED驅動方案
1)適合線性燈、線槽燈等應用的分布式/模塊化方案
大功率LED區域照明應用中，一種常見的電源架構是“功率因數校正(PFC)+恒壓(CV)+恒流(CC)”的三段式架構。這種架構中，交流輸入電源經過功率因數校正和隔離型直流-直流(DC-DC)轉換后，輸出24至80 Vdc的固定電壓，提供給后面內置DC-DC降壓轉換電路的恒流LED模塊(見圖2)。這種架構的設計提供了能夠現場升級的模塊化途徑，可根據實際需求，靈活改變LED光條數量，從而增加或減小光輸出，滿足具體區域照明應用要求。這種架構下，交流-直流(AC-DC)轉換與LED驅動電路并未集成在一起，而是采用分布式配置，既簡化安全考慮又增強系統靈活性，也稱作分布式方案，典型應用包括線性燈及線槽燈等。
在這種模塊化途徑下，一項設計能夠擴展用于多種光輸出等級。而且隨著LED光輸出性能增強，LED模塊要提供相同光輸出等級，所需采用的燈條就更好。而每個燈條都設有一個專用的DC-DC LED驅動器，如可以采用安森美半導體的CAT4201高能效降壓LED驅動器。CAT4201專門優化用于驅動大電流LED,采用具有專利的開關控制算法，提供高能效及精確的LED穩流(可達350 mA)。CAT4201可采用最高36 V的電源電壓供電，并兼容于12 V和24 V標準照明系統。圖3顯示的是CAT4201的高壓LED驅動器配置，外圍的N溝道MOSFET支持高壓輸入：100V輸入電壓時LED功率達30W;50V輸入時LED功率達13W.
此方案的原理電路圖見圖1。這是一種極其簡單，自LED面世以來至今還一直在用的經典電路。
LED工作電流I按下式計算：
I與鎮流電阻R成反比；當電源電壓U上升時，R能限制I的過量增長，使I不超出LED的允許范圍。
此電路的優點是簡單，成本低；缺點是電流穩定度不高；電阻發熱消耗功率，導致用電效率低，僅適用于小功率LED范圍。
一般資料提供的鎮流電阻R的計算公式是：
按此公式計算出的R值僅滿足了一個條件：工作電流I。而對驅動電路另兩個重要的性能指標：電流穩定度和用電效率，則全然沒有顧及。因此用它設計出的電路，性能沒有保證。
電路的工作是基于在交流電路中，電容存在容抗XC也有”鎮流作用”的原理。另外電容消耗無功功率，不發熱；而電阻則消耗有功功率，會轉化為熱能耗散掉，所以鎮流電容比鎮流電阻，能節省一部分電能，并能設計成將LED燈直接接到市電～220V上，使用更為方便。
此方案的優點是簡單，成本低，供電方便；缺點是電流穩定度不高，效率也不高。僅適用于小功率LED范圍。當LED的數量較多，串聯后LED支路電壓較高的場合更為適用。
上面已經提到電阻、電容鎮流電路的缺點是電流穩定度低（△I/I達±20～50％），用電效率也低（約50～70％），僅適用于小功率LED燈。
為滿足中、大功率LED燈的供電需要，利用電子技術常見的電流負反饋原理，設計出恒流驅動電路。和直流恒壓電源一樣，按其調整管是工作在線性，還是開關狀態，恒流驅動電路也分成兩類：線性恒流驅動電路和開關恒流驅動電路。
圖4是最簡單的兩端線性恒流驅動電路。它借用三端集成穩壓器LM337組成恒流電路，外圍僅用兩個元件：電流取樣電阻R和抗干擾消振電容C。
上述線性恒流驅動電路雖具有電路簡單、元件少、成本低、恒流精度高、工作可靠等優點，但使用中也發現幾點不足：
a、調整管工作在線性狀態，工作時功耗高發熱大（特別是工作壓差過大時），不僅要求較大尺寸的散熱器，而且降低了用電效率。
b、電源電壓要求按公式（13）與LED工作電壓嚴格匹配，不允許大范圍改變。也就是說它對電源電壓及LED負載變化的適應性差。
c、它僅能工作在降壓狀態，不能工作在升壓狀態。即電源電壓必須高于LED工作電壓。
d、供電不太方便，一般要配開關穩壓電源，不能直接用～220V供電。
輸入整流:將正負變化的交流電變成單向變化的直流電
濾波:將變化的電壓波形平滑成波動較小的直流電壓波形
變壓器:儲存能量,產生需要的輸出電壓.原、副邊隔離。
輸出穩壓:穩定輸出電壓
取樣反饋:將輸出電壓的變化反映到控制電路,以便采取相應的措施保證輸出電壓在規定的范圍內
PWM+開關:控制電路,根據反饋回來的信號控制變壓器儲存能量的多少,從而保證輸出的穩定
采用開關電源驅動的優點:效率高，一般可以做到80%～90%，輸出電壓、電流穩定。輸出紋波小。且這種電路都有完善的保護措施，屬高可靠性電源。
（1）恒壓式：
a、當穩壓電路中的各項參數確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負載的增減而變化；
b、恒壓電路不怕負載開路，但嚴禁負載完全短路。
c、以穩壓驅動電路驅動LED，每串需要加上合適的電阻方可使每串LED顯示亮度平均；
d、亮度會受整流而來的電壓變化影響。
（2）恒流式:
1、恒流驅動電路驅動LED是很理想的,缺點就是價格較高.
2、恒流電路雖然不怕負載短路,但是嚴禁負載完全開路.
3、恒流驅動電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負載阻值的大小不同在一定范圍內變化.
4、要限制LED的使用數量,因為它有最大承受電流及電壓值.
我們已經很清楚的知道LED驅動電源只有兩種方式：
恒流式：電流不變電壓在一定范圍內變化(隨負載變化)
恒壓式：電壓不變電流在一定范圍內變化(隨負載變化)
而LED燈配合的方式有三種：串聯式，并聯式，串并混聯式。
串聯式：
要求LED驅動器輸出較高的電壓。當LED的一致性差別較大時，分配在不同的LED兩端電壓不同，通過每顆LED的電流相同，LED的亮度一致。
當某一顆LED品質不良短路時，如果采用穩壓式驅動，由于驅動器輸出電壓不變，那么分配在剩余的LED兩端電壓將升高，驅動器輸出電流將增大，導致容易損壞余下所有LED。如采用恒流式LED驅動，當某一顆LED品質不良短路時，由于驅動器輸出電流保持不變，不影響余下所有LED正常工作。當某一顆LED品質不良斷開后，串聯在一起的LED將全部不亮。解決的辦法是在每個LED兩端并聯一個齊納管，當然齊納管的導通電壓需要比LED的導通電壓高，否則LED就不亮了。
并聯式：
要求LED驅動器輸出較大的電流，負載電壓較低。分配在所有LED兩端電壓相同，當LED的一致性差別較大時，而通過每顆LED的電流不一致，LED的亮度也不同。可挑選一致性較好的LED，適合用于電源電壓較低的產品
當某一個顆LED品質不良斷開時，如果采用恒壓式LED驅動，驅動器輸出電流將減小，而不影響余下所有LED正常工作。如果是采用恒流式LED驅動，由于驅動器輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，導致容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯LED，當斷開某一顆LED時，分配在余下LED電流不大，不至于影響余下LED正常工作。所以功率型LED做并聯負載時，不宜選用恒流式驅動器。當某一顆LED品質不良短路時，那么所有的LED將不亮，但如果并聯LED數量較多，通過短路的LED電流較大，足以將短路的LED燒成斷路。
串并混聯方式
在需要使用比較多LED的產品中，如果將所有LED串聯，將需要LED驅動器輸出較高的電壓。如果將所有LED并聯，則需要LED驅動器輸出較大的電流。將所有LED串聯或并聯，不但限制著LED的使用量，而且并聯LED負載電流較大，驅動器的成本也會大增。解決辦法是采用混聯方式。串并聯的LED數量平均分配，分配在一串LED上的電壓相同，通過同一串每顆LED上的電流也基本相同，LED亮度一致。同時通過每串LED的電流也相近。
當某一串聯LED上有一顆品質不良短路時，不管采用恒壓式驅動還是恒流式驅動，這串LED相當于少了一顆LED，通過這串LED的電流將大增，很容易就會損壞這串LED。大電流通過損壞的這串LED后，由于通過的電流較大，多表現為斷路。斷開一串LED后，如果采用恒壓式驅動，驅動器輸出電流將減小，而不影響余下所有LED正常工作。如果是采用恒流式LED驅動，由于驅動器輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，導致容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯LED，當斷開某一顆LED時，分配在余下LED電流不大，不至于影響余下LED正常工作。
混聯方式還有另一種接法，即是將LED平均分配后，分組并聯，再將每組串聯一起。
當有一顆LED品質不良短路時，不管采用恒壓式驅動還是恒流式驅動，并聯在這一路的LED將全部不亮，如果是采用恒流式LED驅動，由于驅動器輸出電流保持不變，除了并聯在短路LED的這一并聯支路外，其余的LED正常工作。假設并聯的LED數量較多，驅動器的驅動電流較大，通過這顆短路的LED電流將增大，大電流通過這顆短路的LED后，很容易就變成斷路。由于并聯的LED較多，斷開一顆LED的這一并聯支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，哪么整個LED燈，僅有一顆LED不亮。
如果采用恒壓式驅動，LED品質不良短路瞬間，負載相當少并聯一路LED，加在其余LED上的電壓增高，驅動器輸出電流將大增，極有可能立刻損壞所有LED，幸運的話，只將這顆短路的LED燒成斷路，驅動器輸出電流將恢復正常，由于并聯的LED較多，斷開一顆LED的這一并聯支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，哪么整個LED燈，也僅有一顆LED不亮。
通過對以上分析可知，驅動器與負載LED串并聯方式搭配選擇是非常重要的，恒流式驅動功率型LED是不適合采用并聯負載的，同樣的，恒壓式LED驅動器不適合選用串聯負載。
工程中的簡易計算方法
例：SLT5-12VC額定輸出功率為5W電源，輸出電壓12V，白光LED額定正向電壓3.3V，耗散功率為65mW，可配置多少個LED？
（1）計算每條支路的LED個數：3.3V×3=9.9V
65mW÷3.3V=20mA（12V-9.9V）÷20mA=105Ω
（2）計算并聯支路數：5W÷（65mW×3+20mA×20mA×105Ω）=21
（3）總共可以接多少個LED：21×3=63個（串并混聯）
例：SLT10-350IF一個額定輸出電流為DC 0.35A，額定功率為10W電源，耗散功率為65mW，正向電為0.02A的白光LED，可怎樣配置？
（1）計算每條支路的LED個數：10W÷0.35A=28.6V
65mW÷0.02A=3.25V 28.6V÷3.25V=8
（2）計算并聯支路數：0.35A÷0.02=18
（3）總共可以接多少個LED：8×18=144個（串并混聯）
A.LED降額使用。
B.使用線性恒流驅動器，特別注意其工作壓差。
C.隔離式開關恒流驅動器次級輸出電源不宜懸空，負極應接地。
D.對開關恒流驅動器，要嚴格遵守：先接好LED燈，再接通驅動器電源的操作順序。
如果相反操作，在接通LED燈瞬間，將會有極大的沖擊電流通LED燈，威脅LED燈的使用安全。現以圖10電路為例，對此沖擊電流值作一下計算，并對其產生原因作一次分析。
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