led燈驅(qū)動(dòng)電源電路圖 led燈的驅(qū)動(dòng)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(dòng)態(tài)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(dòng)稍增，電流就會(huì)增大到將LED燒毀的程度。為了穩(wěn)定LED的工作電流，保證LED能正常可靠地工作，具有”鎮(zhèn)流功能”的各種各樣的LED驅(qū)動(dòng)電路就應(yīng)運(yùn)而生。最簡單的是串聯(lián)一只鎮(zhèn)流電阻，而比較復(fù)雜的是用許多電子元件構(gòu)成的“恒流驅(qū)動(dòng)器”。
1、LED區(qū)域照明電源架構(gòu)及典型LED驅(qū)動(dòng)方案
1)適合線性燈、線槽燈等應(yīng)用的分布式/模塊化方案
大功率LED區(qū)域照明應(yīng)用中，一種常見的電源架構(gòu)是“功率因數(shù)校正(PFC)+恒壓(CV)+恒流(CC)”的三段式架構(gòu)。這種架構(gòu)中，交流輸入電源經(jīng)過功率因數(shù)校正和隔離型直流-直流(DC-DC)轉(zhuǎn)換后，輸出24至80 Vdc的固定電壓，提供給后面內(nèi)置DC-DC降壓轉(zhuǎn)換電路的恒流LED模塊(見圖2)。這種架構(gòu)的設(shè)計(jì)提供了能夠現(xiàn)場升級(jí)的模塊化途徑，可根據(jù)實(shí)際需求，靈活改變LED光條數(shù)量，從而增加或減小光輸出，滿足具體區(qū)域照明應(yīng)用要求。這種架構(gòu)下，交流-直流(AC-DC)轉(zhuǎn)換與LED驅(qū)動(dòng)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(qiáng)系統(tǒng)靈活性，也稱作分布式方案，典型應(yīng)用包括線性燈及線槽燈等。
在這種模塊化途徑下，一項(xiàng)設(shè)計(jì)能夠擴(kuò)展用于多種光輸出等級(jí)。而且隨著LED光輸出性能增強(qiáng)，LED模塊要提供相同光輸出等級(jí)，所需采用的燈條就更好。而每個(gè)燈條都設(shè)有一個(gè)專用的DC-DC LED驅(qū)動(dòng)器，如可以采用安森美半導(dǎo)體的CAT4201高能效降壓LED驅(qū)動(dòng)器。CAT4201專門優(yōu)化用于驅(qū)動(dòng)大電流LED,采用具有專利的開關(guān)控制算法，提供高能效及精確的LED穩(wěn)流(可達(dá)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(biāo)準(zhǔn)照明系統(tǒng)。圖3顯示的是CAT4201的高壓LED驅(qū)動(dòng)器配置，外圍的N溝道MOSFET支持高壓輸入：100V輸入電壓時(shí)LED功率達(dá)30W;50V輸入時(shí)LED功率達(dá)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(jīng)典電路。
LED工作電流I按下式計(jì)算：
I與鎮(zhèn)流電阻R成反比；當(dāng)電源電壓U上升時(shí)，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(yōu)點(diǎn)是簡單，成本低；缺點(diǎn)是電流穩(wěn)定度不高；電阻發(fā)熱消耗功率，導(dǎo)致用電效率低，僅適用于小功率LED范圍。
一般資料提供的鎮(zhèn)流電阻R的計(jì)算公式是：
按此公式計(jì)算出的R值僅滿足了一個(gè)條件：工作電流I。而對(duì)驅(qū)動(dòng)電路另兩個(gè)重要的性能指標(biāo)：電流穩(wěn)定度和用電效率，則全然沒有顧及。因此用它設(shè)計(jì)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(zhèn)流作用”的原理。另外電容消耗無功功率，不發(fā)熱；而電阻則消耗有功功率，會(huì)轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，所以鎮(zhèn)流電容比鎮(zhèn)流電阻，能節(jié)省一部分電能，并能設(shè)計(jì)成將LED燈直接接到市電～220V上，使用更為方便。
此方案的優(yōu)點(diǎn)是簡單，成本低，供電方便；缺點(diǎn)是電流穩(wěn)定度不高，效率也不高。僅適用于小功率LED范圍。當(dāng)LED的數(shù)量較多，串聯(lián)后LED支路電壓較高的場合更為適用。
上面已經(jīng)提到電阻、電容鎮(zhèn)流電路的缺點(diǎn)是電流穩(wěn)定度低（△I/I達(dá)±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(shù)常見的電流負(fù)反饋原理，設(shè)計(jì)出恒流驅(qū)動(dòng)電路。和直流恒壓電源一樣，按其調(diào)整管是工作在線性，還是開關(guān)狀態(tài)，恒流驅(qū)動(dòng)電路也分成兩類：線性恒流驅(qū)動(dòng)電路和開關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)電路。
圖4是最簡單的兩端線性恒流驅(qū)動(dòng)電路。它借用三端集成穩(wěn)壓器LM337組成恒流電路，外圍僅用兩個(gè)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(qū)動(dòng)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(yōu)點(diǎn)，但使用中也發(fā)現(xiàn)幾點(diǎn)不足：
a、調(diào)整管工作在線性狀態(tài)，工作時(shí)功耗高發(fā)熱大（特別是工作壓差過大時(shí)），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(yán)格匹配，不允許大范圍改變。也就是說它對(duì)電源電壓及LED負(fù)載變化的適應(yīng)性差。
c、它僅能工作在降壓狀態(tài)，不能工作在升壓狀態(tài)。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(guān)穩(wěn)壓電源，不能直接用～220V供電。
輸入整流:將正負(fù)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(dòng)較小的直流電壓波形
變壓器:儲(chǔ)存能量,產(chǎn)生需要的輸出電壓.原、副邊隔離。
輸出穩(wěn)壓:穩(wěn)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(yīng)的措施保證輸出電壓在規(guī)定的范圍內(nèi)
PWM+開關(guān):控制電路,根據(jù)反饋回來的信號(hào)控制變壓器儲(chǔ)存能量的多少,從而保證輸出的穩(wěn)定
采用開關(guān)電源驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn):效率高，一般可以做到80%～90%，輸出電壓、電流穩(wěn)定。輸出紋波小。且這種電路都有完善的保護(hù)措施，屬高可靠性電源。
（1）恒壓式：
a、當(dāng)穩(wěn)壓電路中的各項(xiàng)參數(shù)確定以后，輸出的電壓是固定的，而輸出的電流卻隨著負(fù)載的增減而變化；
b、恒壓電路不怕負(fù)載開路，但嚴(yán)禁負(fù)載完全短路。
c、以穩(wěn)壓驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)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(huì)受整流而來的電壓變化影響。
（2）恒流式:
1、恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)LED是很理想的,缺點(diǎn)就是價(jià)格較高.
2、恒流電路雖然不怕負(fù)載短路,但是嚴(yán)禁負(fù)載完全開路.
3、恒流驅(qū)動(dòng)電路輸出的電流是恒定的,而輸出的直流電壓卻隨著負(fù)載阻值的大小不同在一定范圍內(nèi)變化.
4、要限制LED的使用數(shù)量,因?yàn)樗凶畲蟪惺茈娏骷半妷褐?
我們已經(jīng)很清楚的知道LED驅(qū)動(dòng)電源只有兩種方式：
恒流式：電流不變電壓在一定范圍內(nèi)變化(隨負(fù)載變化)
恒壓式：電壓不變電流在一定范圍內(nèi)變化(隨負(fù)載變化)
而LED燈配合的方式有三種：串聯(lián)式，并聯(lián)式，串并混聯(lián)式。
串聯(lián)式：
要求LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓。當(dāng)LED的一致性差別較大時(shí)，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(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，如果采用穩(wěn)壓式驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電壓不變，那么分配在剩余的LED兩端電壓將升高，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將增大，導(dǎo)致容易損壞余下所有LED。如采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，不影響余下所有LED正常工作。當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良斷開后，串聯(lián)在一起的LED將全部不亮。解決的辦法是在每個(gè)LED兩端并聯(lián)一個(gè)齊納管，當(dāng)然齊納管的導(dǎo)通電壓需要比LED的導(dǎo)通電壓高，否則LED就不亮了。
并聯(lián)式：
要求LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流，負(fù)載電壓較低。分配在所有LED兩端電壓相同，當(dāng)LED的一致性差別較大時(shí)，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(chǎn)品
當(dāng)某一個(gè)顆LED品質(zhì)不良斷開時(shí)，如果采用恒壓式LED驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，導(dǎo)致容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯(lián)LED，當(dāng)斷開某一顆LED時(shí)，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(lián)負(fù)載時(shí)，不宜選用恒流式驅(qū)動(dòng)器。當(dāng)某一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，那么所有的LED將不亮，但如果并聯(lián)LED數(shù)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(lián)方式
在需要使用比較多LED的產(chǎn)品中，如果將所有LED串聯(lián)，將需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較高的電壓。如果將所有LED并聯(lián)，則需要LED驅(qū)動(dòng)器輸出較大的電流。將所有LED串聯(lián)或并聯(lián)，不但限制著LED的使用量，而且并聯(lián)LED負(fù)載電流較大，驅(qū)動(dòng)器的成本也會(huì)大增。解決辦法是采用混聯(lián)方式。串并聯(lián)的LED數(shù)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(shí)通過每串LED的電流也相近。
當(dāng)某一串聯(lián)LED上有一顆品質(zhì)不良短路時(shí)，不管采用恒壓式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng)，這串LED相當(dāng)于少了一顆LED，通過這串LED的電流將大增，很容易就會(huì)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(xiàn)為斷路。斷開一串LED后，如果采用恒壓式驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，分配在余下LED電流將增大，導(dǎo)致容易損壞所有LED。解決辦法是盡量多并聯(lián)LED，當(dāng)斷開某一顆LED時(shí)，分配在余下LED電流不大，不至于影響余下LED正常工作。
混聯(lián)方式還有另一種接法，即是將LED平均分配后，分組并聯(lián)，再將每組串聯(lián)一起。
當(dāng)有一顆LED品質(zhì)不良短路時(shí)，不管采用恒壓式驅(qū)動(dòng)還是恒流式驅(qū)動(dòng)，并聯(lián)在這一路的LED將全部不亮，如果是采用恒流式LED驅(qū)動(dòng)，由于驅(qū)動(dòng)器輸出電流保持不變，除了并聯(lián)在短路LED的這一并聯(lián)支路外，其余的LED正常工作。假設(shè)并聯(lián)的LED數(shù)量較多，驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)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(lián)的LED較多，斷開一顆LED的這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，哪么整個(gè)LED燈，僅有一顆LED不亮。
如果采用恒壓式驅(qū)動(dòng)，LED品質(zhì)不良短路瞬間，負(fù)載相當(dāng)少并聯(lián)一路LED，加在其余LED上的電壓增高，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將大增，極有可能立刻損壞所有LED，幸運(yùn)的話，只將這顆短路的LED燒成斷路，驅(qū)動(dòng)器輸出電流將恢復(fù)正常，由于并聯(lián)的LED較多，斷開一顆LED的這一并聯(lián)支路，平均分配電流不大，依然可以正常工作，哪么整個(gè)LED燈，也僅有一顆LED不亮。
通過對(duì)以上分析可知，驅(qū)動(dòng)器與負(fù)載LED串并聯(lián)方式搭配選擇是非常重要的，恒流式驅(qū)動(dòng)功率型LED是不適合采用并聯(lián)負(fù)載的，同樣的，恒壓式LED驅(qū)動(dòng)器不適合選用串聯(lián)負(fù)載。
工程中的簡易計(jì)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(gè)LED？
（1）計(jì)算每條支路的LED個(gè)數(shù)：3.3V×3=9.9V
65mW÷3.3V=20mA（12V-9.9V）÷20mA=105Ω
（2）計(jì)算并聯(lián)支路數(shù)：5W÷（65mW×3+20mA×20mA×105Ω）=21
（3）總共可以接多少個(gè)LED：21×3=63個(gè)（串并混聯(lián)）
例：SLT10-350IF一個(gè)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(jì)算每條支路的LED個(gè)數(shù)：10W÷0.35A=28.6V
65mW÷0.02A=3.25V 28.6V÷3.25V=8
（2）計(jì)算并聯(lián)支路數(shù)：0.35A÷0.02=18
（3）總共可以接多少個(gè)LED：8×18=144個(gè)（串并混聯(lián)）
A.LED降額使用。
B.使用線性恒流驅(qū)動(dòng)器，特別注意其工作壓差。
C.隔離式開關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)器次級(jí)輸出電源不宜懸空，負(fù)極應(yīng)接地。
D.對(duì)開關(guān)恒流驅(qū)動(dòng)器，要嚴(yán)格遵守：先接好LED燈，再接通驅(qū)動(dòng)器電源的操作順序。
如果相反操作，在接通LED燈瞬間，將會(huì)有極大的沖擊電流通LED燈，威脅LED燈的使用安全。現(xiàn)以圖10電路為例，對(duì)此沖擊電流值作一下計(jì)算，并對(duì)其產(chǎn)生原因作一次分析。
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