论文“LED驱动电路的研究”.doc.doc

1 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 面世以来至今还一直在用的经典电路。 2 LED 工作电流 I按下式计算: L U U IR ??( 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: L U U RI ??(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 II ?;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: LUKU ?( 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 1 I K U I K U ? ?? ??? ??? ?(%)(4)(假定 0 LU ? ?); 用电效率η=100 K (%)(5); 镇流电阻 R=?? 1 LUKI ?(Ω)( 6); 电源电压 U= L KU (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 II ?和η值。从表中数据 3 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 LU =9V I=20 mA ; 开关稳压电源供电,UU ?较小,按< 5%考虑。取 K= (查电压系数计算表:II ?= %η= %) 按( 6)式:镇流电阻 R=?? 9 1 135 ? ?Ω;取150 Ω按( 7)式:电源电压 U= 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 ~; 而电源电压波动较大的条件下, K值取 ~ 。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 4 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