基于恒流二極管的小功率白光LED驅(qū)動電路

　　因小功率白光LED擁有發(fā)熱量小，價格低廉，光效高等特點，被大范圍的應(yīng)用到了普通照明，景觀照明等領(lǐng)域。因此小功率LED驅(qū)動電源的設(shè)計和性能上的提高也就有了迫切的需求。LED照明燈通常采用市電供電，由于LED工作電壓低，電流小等特點，用市電驅(qū)動LED要解決降壓和整流問題，還要有比較高的效率，較小的體積和較低成本。LED是電流驅(qū)動器件，其亮度與正向電流成正比，為了保證LED發(fā)光高效均勻、LED驅(qū)動源應(yīng)為恒電流輸出。因此設(shè)計高效簡單，價格低廉的LED驅(qū)動源成為解決上述問題的重點。本文設(shè)計一種基于恒流二極管的小功率LED驅(qū)動電路，工頻市電供電，輸出電流恒定。

　　1 LED連接方式

　　要保證LED可以正常工作，只有合理的匹配設(shè)計。在設(shè)計LED照明系統(tǒng)時，需要考慮選用什么樣的LED驅(qū)動器，以及LED的連接方式。小功率白光LED的正向電壓范圍一般為2.8~4V，工作電流為15~20mA。照明用的LED燈一般是多個這樣的小功率LED通過串并聯(lián)方式組合在一起的，這些LED通常需要匹配以產(chǎn)生均勻的亮度。另外還需要采用合理的方式將這些LED連接在一起，不能因為其中一顆LED燈珠損壞而導(dǎo)致整個LED燈組不能工作。

　　將多個同型號的LED串接在一起，流過每個LED的電流相等。LED一致性較差時，雖然不同LED燈珠正向電壓不同，但流過每個LED的電流相等，每個LED燈珠的亮度將會一致。LED串聯(lián)連接驅(qū)動源輸出電壓要求較大，電流必須恒定在20mA以下。當(dāng)其中一個LED因為品質(zhì)不良斷路后，將會導(dǎo)致整個LED燈組不亮，這對LED燈珠的品質(zhì)和焊接工藝要求較高。

　　多個LED燈珠全部并聯(lián)，需要驅(qū)動器輸出較大的電流，輸出電壓在3V左右。并聯(lián)連接方式可以避免一個LED燒壞后整個燈組熄滅這一嚴(yán)重缺陷。由于LED發(fā)光強度與工作電流成正比關(guān)系，LED燈珠之間參數(shù)存在一定差異，流過每個LED燈珠的電流不一致，直接導(dǎo)致LED發(fā)光亮度不均勻。采用恒流方式驅(qū)動并聯(lián)LED時，LED燈珠應(yīng)盡量多的并聯(lián)，防止因為其中幾顆LED燒壞，致使流過其他LED的電流增加而燒壞。

　　為了提高可靠性、發(fā)光均勻性，提出了交叉陣列連接方式，圖1為LED交叉陣列連接方式圖。

　　從圖中可以看出當(dāng)其中個別LED短路或斷路，也不會引起整個燈組熄滅。這種交叉陣列連接方式具有線路簡單，亮度穩(wěn)定，可靠性高，對驅(qū)動要求較低等特點。

　　2小功率LED驅(qū)動電路設(shè)計

　　2.1電容降壓電路

　　LED采用交流市電供電時，必須經(jīng)過AC/DC以及DC/DC轉(zhuǎn)換將高電壓的交流電轉(zhuǎn)換為低壓直流電，目前降壓電路主要有工頻變壓器線性降壓電路，高頻開關(guān)電路，基于IC的降壓電路，電容降壓電路等幾類。考慮到驅(qū)動電源的體積與成本，本文采用電容式降壓電路。圖2為電容降壓電路：

　　圖2中無極性降壓電容C1的充放電電流為IC=2πfCU0（U0為交流電壓，f為交流頻率），降壓電容C1向負(fù)載提供的電流I0實際上就是流過C1的充放電電流IC。當(dāng)負(fù)載電流小于的充放電電流時,多余的電流就會流過濾波電容C2。若U0=220V，f=50Hz則IC=69C（IC的單位為mA，C的單位為μF）。為了能夠保證降壓電容安全可靠工作，其耐壓值應(yīng)大于2倍市電電壓，因此降壓電容宜選用耐壓值630V的獨石電容。R1為1MΩ放電電阻，當(dāng)電路斷電C1通過R1快速放電，D1—D4為IN4007組成的全波整流橋。為了獲得較好的濾波效果，選擇的濾波電容的容量應(yīng)滿足RLC=(3~5)T/2（RL為負(fù)載電阻，T為0.02s），耐壓值應(yīng)大于1.12U0（U0為電容降壓電路輸出電壓）。原則上，電容值取的越大，輸出電壓越平滑其紋波值越小。但是隨著電容容量的增大，一般其體積也隨之增大，在考慮電路板面積的情況下，應(yīng)盡量選擇大容量的濾波電容。

　　2.2市電供電的小功率LED驅(qū)動電路

　　基于恒流二極管的市電供電小功率LED驅(qū)動電路如圖3所示：

　　圖中D5,D6為恒流二極管，本設(shè)計采用的恒流二極管為貴州博越公司的2DHL系列。2DHL系列恒電流二極管是一種硅材料制造的基礎(chǔ)電子器件。

　　從圖可以看出電路在100ms時進入穩(wěn)定狀態(tài),穩(wěn)定后其輸出電壓為25V輸出電流恒定為60mA?；掘炞C了基于恒流二極管的小功率LED驅(qū)動電路的可行性。

　　3實驗分析

　　為了進一步驗證了基于恒流二極管的小功率LED驅(qū)動電路的可行性。制作了驅(qū)動65顆（5*15方式連接）0.06W白光LED的驅(qū)動源，其中降壓電容C1為1.5μF，濾波電容C2為1000μF，恒流二極管為兩顆2DHL040并聯(lián)，并利用萬用表對電流電壓進行測量。實際測得輸入電壓在196~248V范圍內(nèi)輸出電流恒定為80mA，相當(dāng)于流過每個LED電流為16mA。在219V輸入電壓條件下，整個電路消耗的功率為7.1W，則驅(qū)動源的功率因素為0.47。圖5為制作的小功率驅(qū)動源實物圖。

　　4總結(jié)

　　本文設(shè)計的基于恒流二極管小功率LED驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、滿足LED恒流驅(qū)動的要求，經(jīng)過多次實驗驗證本驅(qū)動電路可靠性很高。通過改變降壓電容可適合用作多種LED燈具電源。

　　雖然驅(qū)動電路功率因素較低，但特別適合低端照明市場應(yīng)用。LED相比傳統(tǒng)光源發(fā)光效率高，小功率LED燈發(fā)光亮度即可與大功率的日光燈媲美，因此采用本驅(qū)動源的LED燈整體上還是節(jié)能的。