1W大功率LED驅(qū)動(dòng)電源電路分析

文章來源:恒光電器

發(fā)布時(shí)間:2014-04-10

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 大功率發(fā)光二極管比日光燈具有更高的發(fā)光效率和使用壽命。人們應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用方式另外加裝散熱器。目前，國(guó)產(chǎn)3W發(fā)白光的LED零售價(jià)為15元，但由于3W大功率LED質(zhì)量還不夠可靠，暫不宜使用。5W大功率LED只有進(jìn)口貨，每只售價(jià)高達(dá)60元，僅適用于特殊要求的燈光工程之中，最適合人們家里作照明用的就是國(guó)產(chǎn)1W發(fā)光二極管。
鑒于大功率發(fā)光二極管工作電壓僅為3V，通過全橋整流將220V交流電變成直流電，在全橋上的電壓降約為1.8V，只驅(qū)動(dòng)一只發(fā)光二極管工作的電能利用效率僅為60%。必須把3只以上發(fā)光二極管串聯(lián)起來工作，才能使總的電能利用效率超過80%。
根據(jù)3基色合成白光原理，將紅、綠、藍(lán)3只1W大功率發(fā)光二極管串聯(lián)起來工作，就可以獲得相當(dāng)于3W發(fā)白光的LED所達(dá)到的亮度。同時(shí)還可以組合出6種彩色光線，滿足人們對(duì)變換彩光的喜好。為了避免電能浪費(fèi)，使用市電做LED驅(qū)動(dòng)電源應(yīng)采用電容器做降壓限流元件。
用洗衣機(jī)電機(jī)所配的常規(guī)4.7μ/AC400V電容器做降壓限流元件可提供325mA工作電流，正好與1W大功率LED額定工作電流相同。購(gòu)買紅、綠、藍(lán)3只1W大功率LED共需20元，比購(gòu)買1只3W發(fā)白光的LED貴5元。但3W大功率LED的工作電流是1W大功率LDE的3倍，需要使用容量為14μ的電容器做降壓限流元件，LED照明品牌，而購(gòu)買1只14μ/AC400V電容器比購(gòu)買1只4.7μ/400V電容器又要高出5元，綜合成本并不合算。

1W大功率發(fā)光二極管的實(shí)用驅(qū)動(dòng)電源見附圖，其中：C3電容的主要作用是在剛接通220V市電時(shí)防止可能產(chǎn)出的瞬間大電流通過LED使其受到損壞，VS1可控硅則是防止負(fù)載開路時(shí)在C3兩端產(chǎn)生高壓使其嚴(yán)重發(fā)熱爆炸。VDS1觸發(fā)二極管的轉(zhuǎn)折電壓為30V～40V，正常狀況下C3兩端電壓不超過10V，設(shè)計(jì)， led服裝照明，VDS1一直截止，VS1也截止。只有在負(fù)載電路斷掉或LED內(nèi)部開路情況下，C3兩端電壓剛升到30V～40V時(shí)VS1才即刻導(dǎo)通并維持導(dǎo)通狀態(tài)。排除故障重新接通電源，VS1即自動(dòng)恢復(fù)截止?fàn)顟B(tài)。
如果只要求3只大功率LED一起發(fā)光，電源驅(qū)動(dòng)電路中的VT1～VT9和R3～R9可全部不用。該部分電路專門為控制紅、綠、藍(lán)3只LDE的發(fā)光狀態(tài)而設(shè)計(jì)，A、B、C三端懸空或接到直流負(fù)端相對(duì)中點(diǎn)上，VT1、VT4、VT7～VT9截止，LED射燈，VT2、VT3、VT5、VT6導(dǎo)通，LED2和LED3分別被VT2和VT3短路，只有LED1工作發(fā)光。
單獨(dú)將B端接到直流正端,將使VT8導(dǎo)通，VT5和VT2隨之截止，LED2工作發(fā)光。單獨(dú)將C端接到直流正端,將使VT9導(dǎo)通，VT6和VT3隨之截止，LED3工作發(fā)光。與此同時(shí)，B端或C端接到直流正端，都可使VT4導(dǎo)通、VT1隨之導(dǎo)通，辦公照明，LED1被VT1短路不工作。但將A端接到直流正端，將使VT7導(dǎo)通，強(qiáng)制讓BG4截止，VT1隨之截止，照明資質(zhì)，LED1工作發(fā)光。這樣，無論A、B、C三端處于何種狀態(tài)，總有至少一只發(fā)光管工作。而通過對(duì)加在A、B、C三端上的電平控制，就可以使3只發(fā)光按照需要的組合進(jìn)行發(fā)光。
A、B、C三端上的電平可以采用普通開關(guān)進(jìn)行控制， led戶外照明，LED-T5一體化燈管，也可以使用3只D觸發(fā)器和一只按鍵來實(shí)現(xiàn)循環(huán)變換。當(dāng)然還可以把6只LED串聯(lián)起來工作，用專門的彩燈控制IC來實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)變化。有興趣者還可以將控制電路再進(jìn)一步設(shè)計(jì)成紅外遙控電路，安裝在臥室中更有一番味道.
1～3W手電筒LED應(yīng)用中既有升壓型，國(guó)內(nèi)資訊，企業(yè)資訊，也有降壓型。升壓型應(yīng)用的輸入電壓范圍為1至2.5 Vdc，工作頻率達(dá)1.2MHz;降壓型應(yīng)用的輸入電壓范圍為4至5.5 Vdc， led室內(nèi)照明，頻率達(dá)1.7MHz。兩類應(yīng)用都需支持350mA或600mA恒流輸出， led亮化工程，能效高于90%。在1-3 W手電筒升壓LED應(yīng)用可采用安森美半導(dǎo)體的NCP1421升壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，同等功率范圍的手電筒降壓LED應(yīng)用可以采用安森美半導(dǎo)體的NCP1529低壓降壓轉(zhuǎn)換器，應(yīng)用電路圖分別如圖7(a)和圖7(b)所示。

特別適合低電流LED照明應(yīng)用的線性恒流穩(wěn)流器
前文根據(jù)不同的供電類型，探討了不同功率范圍LED應(yīng)用的要求及適合采用的驅(qū)動(dòng)電源方案。但縱觀不同的LED照明應(yīng)用，恒光電器，可以發(fā)現(xiàn)有一類應(yīng)用側(cè)重于低電流應(yīng)用，典型應(yīng)用如商業(yè)和工業(yè)標(biāo)識(shí)牌、汽車停車燈和尾燈，以及建筑物和裝飾照明等。這類低電流LED應(yīng)用常見的驅(qū)動(dòng)方案包括低壓降線性穩(wěn)壓器和電阻等。這兩種驅(qū)動(dòng)方案各有其優(yōu)劣勢(shì)。
有利的是，安森美半導(dǎo)體利用正申請(qǐng)專利的自偏置晶體管(SBT)技術(shù)，結(jié)合自身超強(qiáng)的工藝控制能力，推出一種新的低電流LED驅(qū)動(dòng)方案——NSI45系列雙端和三端線性恒流穩(wěn)流器(CCR)。這種方案比線性穩(wěn)壓器更簡(jiǎn)單，且成本更低，但性能相比電阻方案又大幅提升，填補(bǔ)了市場(chǎng)空隙。NSI45系列提供眾多優(yōu)勢(shì)，如在寬電壓范圍下保持亮度恒定，電工照明，輸入電壓較高時(shí)保護(hù)LED免受過驅(qū)動(dòng)影響，輸入電壓較低時(shí)仍使LED較亮，幫助減少或消除LED編碼庫存，以及幫助降低系統(tǒng)總成本等，道路照明，非常適合低電流LED電流應(yīng)用。