采用市電供電的LED驅(qū)動器

LED的特點是工作電壓低，即使是白光LED的工作電壓也不會高于4V，相對于有效值220V的交流市電來說，就需要降壓或限流。降壓是通過工頻變壓器或高頻逆變器將市電降低到與LED工作電壓相匹配的電壓等級，限流是通過電路的限流特性使得流過LED的電流達(dá)到合適的數(shù)值。前者是電壓匹配，后者是電流匹配。就LED自身應(yīng)用特性和有利于LED使用壽命而言，無論是電壓匹配還是電流匹配最終均需要對電流進(jìn)行控制，所不同的是電壓匹配是將施加到LED的電壓控制在LED工作電壓數(shù)值上，這需要根據(jù)LED工作結(jié)溫進(jìn)行調(diào)節(jié)；電流控制方式則只控制流過LED電流值，無須考慮LED的串聯(lián)數(shù)。

實際應(yīng)用中經(jīng)常需要多只LED串聯(lián)應(yīng)用，串聯(lián)LED的總工作電壓越接近電源電壓,驅(qū)動器的運行效率越高，但隨之而來的問題就是多只串聯(lián)是否允許其中一只或數(shù)只LED損壞而不至于影響整個電路的工作。

照明用LED需要比較大的功率，在實際應(yīng)用中會散發(fā)很多的熱量，如果不能將LED發(fā)出的熱量散發(fā)掉就會導(dǎo)致結(jié)溫升高最終影響其光效和使用壽命。

與一般低電壓直流電供電不同，市電供電不僅電壓高，需要進(jìn)行電壓變換，而且還要將交流電整流成直流電，這使得市電供電的LED驅(qū)動電路會遠(yuǎn)比低壓直流電LED驅(qū)動電路復(fù)雜的多，因此LED要步入照明領(lǐng)域就必須降低驅(qū)動電路的成本。由于市電供電的LED驅(qū)動器不需要隔離，因此采用非隔離變換器可以簡化電路。

比較實用的市電供電LED驅(qū)動電路可以根據(jù)實際需要采用電容器限流、峰值電流型控制或電流時間遲滯型控制方式，也可以采用其他方式，其目的就是讓LED可靠地工作，充分發(fā)揮其高光效、壽命長的特點。

采用電容鎮(zhèn)流技術(shù)
利用電容器限制電流可以在很多小功率電路中見到，如電動剃須刀的充電電路、電子電能表的輔助電源等。

在市電供電條件下，LED驅(qū)動器的最簡單實現(xiàn)方法是采用電容器鎮(zhèn)流方式，電路如圖1所示。其具有非常低的成本。

圖1 使用電容鎮(zhèn)流的LED驅(qū)動器

該電路的原理為利用電容器的容抗限制回路電流值。在實際應(yīng)用中，即使是多只LED串聯(lián)，其工作電壓相對市電電壓而言也是很低的，電容器上的電壓是絕大部分，因此可以近似的認(rèn)為市電電壓除以電容器容抗就是電容限流電路的電流?？梢杂?5μF/A為標(biāo)準(zhǔn)來估算所需要的電容量。對于工作電流為20mA的LED驅(qū)動電路，僅需要0.3μF的電容。

接下來的問題就是將交流電整流成為直流電，因此圖1電路中需要整流濾波電路。為了防止上電時電容器的浪涌電流對LED的沖擊，需要在回路中串聯(lián)電阻加以限制，同時在濾波電容器的選擇上應(yīng)注意其吸收了浪涌電流。

電容鎮(zhèn)流的LED驅(qū)動電路僅適用于小功率LED照明應(yīng)用，不適用于數(shù)瓦的LED照明，特別不適用于大電流的LED驅(qū)動。

峰值電流型控制方式
在沒有專用LED市電驅(qū)動芯片時，可以利用峰值電流型開關(guān)電源控制芯片或開關(guān)電源芯片實現(xiàn)LED驅(qū)動電路。峰值電流型控制方式可以及時地在電感電流達(dá)到設(shè)定值時關(guān)閉開關(guān)管。應(yīng)用單片開關(guān)電源NCP1010構(gòu)成LED驅(qū)動器，電路如圖2所示。

圖2 典型的應(yīng)用NCP1010構(gòu)成LED驅(qū)動器

圖2電路實際上就是一個帶有輸出電流控制的開關(guān)電源，很顯然這個電路成本不會很低。在實際應(yīng)用中，作為照明的LED電路是沒有必要隔離的，因此在LED工作電流與NCP1010相同時可以將圖2修改成圖3電路。

圖3 用NCP1010構(gòu)成更簡單的LED驅(qū)動器

由于LED驅(qū)動器沒有隔離的要求，用NCP1010構(gòu)成LED驅(qū)動器比用NCP1010構(gòu)成的開關(guān)電源還簡單。采用單片開關(guān)電源構(gòu)成LED的優(yōu)點是電路簡單、成本低，如NCP1010的售價為0.38美元。與控制電路加開關(guān)管的方案相比，其不僅電路簡單，成本也可以接受的。

如果LED工作電流與NCP1010不同時，可以在圖3電路基礎(chǔ)上略加修改得到圖4電路。

圖4 具有簡單反饋電路的應(yīng)用NCP1010的LED驅(qū)動電路

在峰值電流控制方式下的輸出電壓反饋僅僅是防止輸出過壓的保護(hù)措施，在LED正常工作時是不起作用的。

如果單片開關(guān)電源的峰值電流限制值與所驅(qū)動的LED工作電流相一致，則電路將是最簡單的。如果LED工作電流小于單片開關(guān)電源的峰值限制值，則需要在LED上串聯(lián)電流檢測電阻并反饋到單片開關(guān)電源的反饋端，電路如圖3所示。很顯然，這時電路的控制方式不再是峰值電流型而轉(zhuǎn)變?yōu)槠骄娏餍?，其響?yīng)速度降低于峰值電流型。與此同時，反饋端將同時接收輸出電流和輸出電壓反饋。

除了采用NCP1010單片開關(guān)電源作為LED驅(qū)動器外，還可以用其他型號的單片開關(guān)電源芯片實現(xiàn)市電供電的LED驅(qū)動電路。

時間遲滯控制方式
峰值電流型控制方式在占空比大于0.5，特別是在電流連續(xù)時需要進(jìn)行斜率補償才能保證不會產(chǎn)生低頻“自激”現(xiàn)象，這將使得電路和調(diào)節(jié)變得復(fù)雜。為了避免這類事件的發(fā)生，可以采用防止電流時間遲滯控制方式。

最簡單的辦法就是采用IRS2541控制電路，電路如圖5所示。

圖5 基于IRS2541的LED驅(qū)動電路

在交流市電供電條件下，圖5電路僅需要在輸入端加入一個橋式整流電路即可。
　　
結(jié)語
采用最簡單的電路實現(xiàn)LED驅(qū)動電路是LED與氣體放電燈競爭的最基本條件，選擇盡可能簡單、成本盡可能低的電路結(jié)構(gòu)和控制方式，可以在確保LED驅(qū)動電路性能的基礎(chǔ)上有效地降低電路成本。