十種常見led驅動電源電路設計

led驅動電源電路設計(一)

LED電源有很多種類,各類電源的質量、價格差異非常大,這也是影響產品質量及價格的重要因素之一。LED驅動電源通常可以分為三大類,一是開關恒流源,二是線性IC電源,三是阻容降壓電源。

1、開關恒流源

采用變壓器將高壓變為低壓,并進行整流濾波,以便輸出穩定的低壓直流電。開關恒流源又分隔離式電源和非隔離式電源,隔離是指輸出高低電壓隔離,安全性非常高,所以對外殼絕緣性要求不高。非隔離安全性稍差,但成本也相對低,傳統節能燈就是采用非隔離電源,采用絕緣塑料外殼防護。開關電源的安全性相對較高(一般是輸出低壓),性能穩定,缺點是電路復雜、價格較高。開關電源技術成熟,性能穩定,是目前LED照明的主流電源。

常見led驅動電源電路設計大全(十款電路設計原理圖詳解)

圖1:開關恒流隔離式日光燈管電源

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圖2:開關恒流隔離電源原理圖

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圖3:開關恒流源電源

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圖4:開關恒流非隔離電源原理圖。

2、線性IC電源

采用一個IC或多個IC來分配電壓,電子元器件種類少,功率因數、電源效率非常高,不需要電解電容,壽命長,成本低。缺點是輸出高壓非隔離,有頻閃,要求外殼做好防觸電隔離保護。市面上宣稱無(去)電解電容,超長壽命的,均是采用線性IC電源。IC驅電源具有高可靠性,高效率低成本優勢,是未來理想的LED驅動電源。

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圖5:線性IC電源

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圖6:線性IC電源原理圖

3、阻容降壓電源

采用一個電容通過其充放電來提供驅動電流,電路簡單,成本低,但性能差,穩定性差,在電網電壓波動時及容易燒壞LED,同時輸出高壓非隔離,要求絕緣防護外殼。功率因數低,壽命短,一般只適于經濟型小功率產品(5W以內)。功率高的產品,輸出電流大,電容不能提供大電流,否則容易燒壞,另外國家對高功率燈具的功率因數有要求,即7W以上的功率因數要求大于0.7,但是阻容降壓電源遠遠達不到(一般在0.2-0.3之間),所以高功率產品不宜采用阻容降壓電源。市場上,要求不高的低端型的產品,幾乎全部是采用阻容降壓電源,另外,一些高功率的便宜的低端產品,也是采用阻容降壓電源。

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圖7:阻容降壓電源

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圖8:阻容降壓電源原理圖

各類電源性能之比較:

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led驅動電源電路設計(二)

LED電源電路大多是由開關電源電路+反饋電路這樣的形式構成,反饋電路從負載處取樣后對開關電路進行脈沖的占空比調整或頻率調整,以達到控制開關電路輸出的目的。

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led驅動電源電路設計(三)

市場上出現一種廉價的LED手電筒,這種手電前端為5~8個高亮度發光管,使用1~2節電池。由于使用超高亮度發光管的原因,發光效率很高,工作電流比較小,實測使用一節五號電池5頭電筒,電流只有100mA左右。非常省電。如果使用大容量充電電池,可以連續使用十幾個小時,筆者就買了一個。從前端拆開后,根據實物繪制了電路圖,如圖所示。

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工作原理:

接通電源后,VT1因R1接負極,而c1兩端電壓不能突變。VT1(b)極電位低于e極,VT1導通,VT2(b)極有電流流入,VT2也導通,電流從電源正極經L、VT2(c)極到e極,流回電源負極,電源對L充電,L儲存能量,L上的自感電動勢為左正右負。經c1的反饋作用,VT1基極電位比發射極電位更低,VT1進入深度飽和狀態,同時VT2也進入深度飽和狀態,即Ib》Ic/β(β為放大倍數)。

隨著電源對c1的充電,C1兩端電壓逐漸升高,即VTI(b)極電位逐漸上升,Ib1逐漸減小,當Ib1《=Ic1/β時,VT1退出飽和區,VT2也退出飽和區,對L的充電電流減小。此時.L上的自感電動勢變為左負右正,經c1反饋作用。VT1基極電位進一步上升,VT1迅速截止,VT2也截止,L上儲存的能量釋放,發光管上的電源電壓加到L上產生了自感電動勢,達到升壓的目的。此電壓足以使LED發光。

led驅動電源電路設計(四)

led驅動電源電路圖如下

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輸入整流部分:分析高壓輸入整流電路的具體參數,然后選取具體保險整流二極管的規格,因為我們的功率比較低,可以選取線繞電阻作為保險,用1N4007做整流管如果功率較大要選用其他耐流更高的整流二極管。

整流濾波部分:若EMI要求較嚴,可增加以下π型電路,若要求沒那么嚴格,可以只用一個濾波電容,電容跟電感的具體容量跟感量,根據總功率選取。

驅動電路部分:經過R3的電流轉化為電壓,反饋給IC控制輸出電流,在初級繞組加DRC吸收電路,因為我們是內置mos管,驅動電路已集成在IC電路內,所以驅動mos電路不做講解。

IC供電與外圍電路部分:通過輔助繞組整流濾波單獨給IC供電,通過R5與R6阻值的比例來控制輸出空載電壓。

輸出整流濾波電路部分:通過超快恢復二極管整流和高頻低阻電解濾波后,輸出給負載,并在超快恢復二極管上加RC電路濾波,通過超快恢復二極管反向波形調試來選取電阻電容,以最大抑制二極管的反向尖峰,在輸出端加假負載,一般設計假負載會損耗3毫安電流。

led驅動電源電路設計(五)

電容降壓式電源的典型電路如圖所示,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,其耐壓值取決于所串聯的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,其阻值應隨著LED個數的增加適當增加。

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需要注意的是,該電路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的關系可近似認為:C=14.5IO,其中C的容量單位是uF,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。

led驅動電源電路設計(六)

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電路工作原理﹕

電容C1的作用為降壓和限流﹕大家都知道﹐電容的特性是通交流﹑隔直流﹐當電容連接于交流電路中時﹐其容抗計算公式為﹕XC=1/2πfC式中﹐XC表示電容的容抗﹑f表示輸入交流電源的頻率﹑C表示降壓電容的容量。流過電容降壓電路的電流計算公式為﹕

I=U/XC

式中I表示流過電容的電流﹑U表示電源電壓﹑XC表示電容的容抗在220V﹑50Hz的交流電路中﹐當負載電壓遠遠小于220V時﹐電流與電容的關系式為﹕I=69C其中電容的單位為uF﹐電流的單位為mA。

D1~D4的作用是整流﹐其作用是將交流電整流為脈動直流電壓。

C2﹑C3的作用為濾波﹐其作用是將整流后的脈動直流電壓濾波成平穩直流電壓

壓敏電阻(或瞬變電壓抑制晶體管)的作用是將輸入電源中瞬間的脈沖高壓電壓對地泄放掉﹐從而保護LED不被瞬間高壓擊穿。

LED串聯的數量視其正向導通電壓(Vf)而定﹐在220VAC電路中﹐最多可以達到80個左右。

組件選擇﹕電容的耐壓一般要求大于輸入電源電壓的峰值﹐在220V,50Hz的交流電路中時﹐可以選擇耐壓為400伏以上的滌綸電容或紙介質電容。D1~D4可以選擇IN4007。濾波電容C2﹑C3的耐壓根據負載電壓而定﹐一般為負載電壓的1.2倍。其電容容量視負載電流的大小而定。

led驅動電源電路設計(七)

led驅動電源是把電源供應轉換為特定的電壓電流以驅動led發光的電源轉換器,通常情況下led驅動電源的輸入包括高壓工頻交流(即市電)、低壓直流、高壓直流、低壓高頻交流(如電子變壓器的輸出)等。

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在目前的LED的電源驅動器中,必須使用電解電容,小型的電解電容壽命只能達到幾千小時。但使用專利IC的驅動器,完全不需要使用電解電容,壽命達到4萬小時以上,是原來驅動器的10倍,而且專利IC驅動器的尺寸小,只有原來面積的四分之一,可輕易的放進LED燈泡內,不必改變原來燈泡的形狀,讓設計更加簡單化,也更能讓用戶接受和喜愛。

led驅動電源電路設計(八)

在輸入電壓既可能高于,也可能低于LED或LED串的總電壓降時,就必須使用降壓/升壓變換器。基于LT℃3783的降壓/升壓型變換器驅動8只1.5A串聯LED的電路如圖4所示。該LED串驅動電路的輸入電壓范圍為9~36V,LED串的總電壓降范圍為18~37V.在VIN=14.4V,Vo=36V和I0=1.5A條件下,輸出功率為54W,效率達93%.電路的開關頻率由IC腳FREQ上的

電阻R5設置(頻率范圍為20kHz~1MHz),R7與R8組成的分壓器設置輸出過電壓保護電平,連接在IC腳FBP與高側線路之間的R4,用作感測LED電流。LTC3783支持多拓撲結構。用其還可以構筑升壓轉換器和降壓轉換器等電路。

回掃變換器、單端初級電感變換器(SEPIC)和CUK穩壓器等,都可以升高或降低輸入電壓,

輸出與輸入電壓在極性上可以相同或相反。每種拓撲都有獨特的優勢,但效率都比降壓一升壓穩壓器低。

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led驅動電源電路設計(九)

電容降壓型LED驅動電路

圖5所示為電容降壓型LED驅動電路(注:圖5電路繪于上期本版)。圖中,C1為降壓電容,R1為泄放電阻,DI~D5為橋式整流器,C2、C3為濾波電容,RVl用作瞬態過電壓保護,R2為限流電阻。在220V50Hz的輸入電源下,通過電容C1的電流為I=69C1(C1單位為μF,I單位為mA)。若選擇C1為0.471μF,電流約為32mA.在此情況下,R1值可選擇1MΩ。

電容降壓型LED驅動電路僅適合于小功率應用,不能提供較大的驅動電流,而且效率很低。其優點是成本低,電路簡單。

led驅動電源電路設計(十)

變壓器降壓LED驅動電路

種采用電源變壓器降壓的LED驅動電路如圖6所示。變壓器次邊輸出為12Vac,白光LED的正向壓降VF=3.5V,正向電流IF=350mA.橋式整流濾波電壓為12Vx2,限流電阻R1值為R1=(12V×2-3xVF)/IF=(12V×2-3×3.5V)/350mA=18.3Ω

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選擇R1=20Ω。R1在350mA下的功耗為0.352×20=2.45W,可選擇3W的電阻。在R1=20下Ω,通過LED的電流為:

ILED=(12V×2-3×3.5V)/20Ω=323mA

若橋式整流器輸入電壓波動±10%,在10.8Vac下的LED電流為238mA,在13.2Vac下的LED電流則為429mA,導致LED電流變化率超過±25%.由此可見,雖然圖6所示的電路比較簡單,但電流調整能力很差,并且電源變壓器大而笨重,不易于實現電路的小型化和輕量化。