led灯电路驱动原理.doc

LED灯电路驱动电路研究内容摘要:论文提出了几种有代表性的实用LED驱动电路方案,并对每一种驱动电路的工作原理,优缺点及适用范围进行了较详尽的论述。对LED用户合理选用驱动电路有一定的指导作用。论文并附电压系数计算表、LED恒流驱动器型谱图、恒流驱动器性能对比表、恒流驱动器接线图等图表4张。一、LED是一种节能、环保、小尺寸、快速、多色彩、长寿命的新型光源。近年来国内许多厂家都在积极研发LED新型灯具。但是一个不容忽视的事实是与LED灯配套的驱动器却没有及时跟上来,驱动电路性能不佳,故障率高,成了LED推广应用的瓶颈,其中还有许多技术问题需要研究解决。接触过LED的人都知道:由于LED正向伏安特性非常陡(正向动态电阻非常小),要给LED供电就比较困难。不能像普通白炽灯一样,直接用电压源供电,否则电压波动稍增,电流就会增大到将LED烧毁的程度。为了稳住LED的工作电流,保证LED能正常可靠地工作,各种各样的LED驱动电路就应运而生。最简单的是串联一只镇流电阻,而复杂的是用许多电子元件构成的“恒流驱动器”。近两年来,我公司为解决研发LED灯的需要,广开思路对各种可能有使用价值的LED驱动电路,从简单到复杂,从小功率到大功率,从直流到交流,全面深入地进行了试验研究,从中提炼出了几种有代表性的驱动电路方案,经试用效果良好。下面逐一介绍,与同行作一次交流。二、镇流电阻方案此方案的原理电路图见图1。这是一种极其简单,自LED面世以来至今还一直在用的经典电路。LED工作电流I按下式计算:(1)I与镇流电阻R成反比;当电源电压U上升时,R能限制I的过量增长,使I不超出LED的允许范围。此电路的优点是简单,成本低;缺点是电流稳定度不高;电阻发热消耗功率,导致用电效率低,仅适用于小功率LED范围。一般资料提供的镇流电阻R的计算公式是:(2)按此公式计算出的R值仅满足了一个条件:工作电流I。而对驱动电路另两个重要的性能指标:电流稳定度和用电效率,则全然没有顾及。因此用它设计出的电路,性能没有保证。笔者摸索出一种新的设计计算方法,取名叫“电压系数法”。它是从电流稳定度和用电效率的要求出发,再计算出镇流电阻R和电源电压U的值。这样设计出来的电路,就能满足三个条件:电流稳定度;用电效率η和工作电流I。电压系数法的内容如下:(公式中用到的符号见图1)首先建立电压系数定义:(3)(电源电压与LED工作电压之比);根据原始公式(1),经数学推导(过程省略)可得下列计算公式:电流稳定度(%)(4)(假定);用电效率η=(%)(5);镇流电阻R=(Ω)(6);电源电压U=(V)(7)为简化计算,电流稳定度与用电效率两项的计算结果,已做成电压系数(K)计算表(见附表1)。据选定的K值,可快速查出对应的和η值。从表中数据看出:随着K值的增加,电流稳定度增加,但用电效率则下降。因此设计选取K值时,应兼顾这两者的不同要求,取一个折中值。电压系数法设计举例:已知:LED参数=9VI=20mA;开关稳压电源供电,较小,按<5%考虑。取K=(查电压系数计算表:=%η=%)按(6)式:镇流电阻R=Ω;取150Ω按(7)式:电源电压U=,笔者建议:用稳压电源供电,~;而电源电压波动较大的条件下,~。在实际应用中,单只小功率LED仅能做信号灯。要想做成LED灯具,有时要用到几十甚至数百只超高亮度小功率LED,才能达到使用的要求。为便于供电(高电压、小电流)或最好直接由市电~220V供电,通常将许多LED串联后,再串一只镇流电阻组成一条支路,最后将若干条支路并联起来构成整个灯具电路(见图2右),这种接法简称为“串并”接法。此接法有一个明显的缺点是支路中的任一只LED断路时,该支路所有LED都不亮,故障影响面大。一种经改进的“串并串”接法对这问题解决得较好(见图2左)。所谓“串并串”是先用少量LED串联再串镇流电阻组成一条支路,再将若干条支路并联组成“支路组”,最后将若干“支路组”再串联构成整个灯具电路。此种接法不仅缩小了断一只LED的故障影响面,而且将镇流电阻化整为零,将几只大功率电阻变成几十只小功率电阻,由集中安装变成分散安装,这样既利于电阻散热,又可以将灯具设计得更紧凑。根据经验:支路串联LED数不宜多,一般取3—6只;支路并联数不宜少,至少应大于5条。这样当1条支路断路时,其余4条支路电流都将增加25%,因此在选定LED正常工作电流时要留出过载余量。三、镇流电容方案此方案的原理电路见图3。电路的工作是基于在交流电路中,电容存在容抗XC也有镇流作用的原理。另外电容消耗无功功率,不发热;而电阻则消耗有功功率,会转化为热能耗散掉,所以镇流电容比镇流电阻,能节省一部分电能,并能设计成