大功率LED驱动电路研究
时间:2025-04-02
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大功率LED驱动电路研究
大功率LED驱动电路研究
北京良业照明工程有限公司 钟金元
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、概述
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
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来至今还一直在用的经典电路。
LED工作电流I按下式计算:
I U UL (1) R
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:R U UL (2) I
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 I;用电效率η和工作电流I 。 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:K
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 U (3) (电源电压与LED工作UL I K U (假定 UL 0); (%) (4) IK1U
用电效率 η=100 (%) (5); K
UL (Ω) (6); I镇流电阻 R= K 1
电源电压 U= KUL (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)
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计算表(见附表1)。据选定的K值,可快速查出对应的 I和η值。从表中数据I
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 UL=9V I=20 mA;开关稳压电源供电, U较小,按<U
5%考虑。
I=21.7% η=76.9%) I
9按(6)式:镇流电阻R= 1.3 1 135Ω; 取150Ω 0.02取K=1.3 (查电压系数计算表 :
按(7)式:电源电压U= 11.7 V 取12V
电压系数法的核心是正确选择K值,笔者建议:用稳压电源供电,K值取
1.3~1.4; 而电源电压波动较大的条件下,K值取1.5~1.6。
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
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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L …… 此处隐藏:8017字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……
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