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[讨论] 再谈谈简单的LED照明驱动电源

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发表于 2014-6-10 14:29:44 | |阅读模式

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简单的LED照明驱动电路
, D- x9 R2 o  z( U$ g    随着固态照明工业领域的兴起与不断改进,发光二极管(LED)因其具有高效、节能、寿命长、环保等特点,已成为现今照明技术的可选方案,并逐渐被应用于照明。促使人们关注LED照明技术的一个关键因素是,其大大降低了能源的消耗,并可实现长期可靠的工作。
& u. n# c; @- H8 ]' e    当然,采用LED照明,首先需要考虑的是其亮度、成本以及寿命。由于影响LED寿命的主要原因是其频繁启动瞬间的电流冲击,外界的各种浪涌脉冲,以及正常工作时的电流限制等,笔者在本文介绍的电路综合了这些因素,从电路设计上尽量避免大电流对LED照明灯具的冲击,并将其工作电流稳定在某一范围内,解决了目前LED照明灯具的亮度衰减问题,从而有效地延长其使用寿命。
6 n9 W5 |2 o8 c. H2 D    LED均采用直流驱动,因此在市电与LED之间需要加一个电源适配器即LED驱动电源。它的功能是把交流市电转换成适合LED的直流电。通常驱动LED采用专用恒流源或者驱动芯片,容易受体积和成本等因素的限制,最经济实用的方法就是采用电容降压式电源。用它驱动小功率LED,具有不怕负载短路、电路简单等优点,而且一个电路能驱动1~70个小功率LED(但是,这种电源电路启动时的电流冲击,尤其是频繁启动,会给LED造成破坏。当然,采取适当的保护便可避免这种冲击)。
7 z9 @! i5 x6 q    电容降压式电源的典型电路如图1所示,C1为降压电容器(采用金属化聚丙烯电容),R1为C1提供放电回路。电容C1为整个电路提供恒定的工作电流。电容C2为电解电容,其耐压值取决于所串联的LED的个数(约为其总电压的1.5倍以上),它的主要作用是抑制通电瞬间引起的电压突变,从而降低电压冲击对LED寿命的影响。R4为电容C2的泄流电阻,其阻值应随着LED个数的增加适当增加。
6 G7 R' Z) G9 ?2 z% K; n$ `    需要注意的是,该电路必须根据负载的电流大小选取适当的电容,而不是依据负载的电压和功率,通常降压电容C1的容量C与负载电流Io的关系可近似认为:C=14.5Io,其中C的容量单位是uF,Io的单位是A。限流电容必须采用无极性电容,而且电容的耐压值须在630V以上。( P+ p1 M2 [% t9 W) o
360截图20140531192243828.jpg
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    由于电容降压电源是一种非隔离式电源,在通电瞬间会产生很大的电流,也就是所谓的浪涌电流。此外,由于外界环境的影响(如雷击) 电网系统会侵入各种浪涌信号,有些浪涌会导致LED的损坏。而LED抗浪涌电流和抗反向电压能力都比较差,加强这方面的保护也非常重要,尤其是有些LED灯装在户外(如LED路灯)。因此LED驱动电源要有抑制浪涌的侵入、保护LED不被损坏的能力。本电路用负温度系数热敏电阻来限制电流的突变,利用正温度系数热敏电阻自动调节电流大小,使之趋于某个特定的变化范围,同时在电源输入端并有瞬态电压抑制器以避免电压过载。4 D0 E/ U$ f9 d/ y" q
(一)负温度系数热敏电阻保护
; `+ D7 ?2 P, p0 x    负温度系数热敏电阻简称NTC热敏电阻,NTC是Negative Temperature Coefficient的缩写,意思是负的温度系数,泛指负温度系数很大的半导体材料或元器件,限制浪涌电流的最简单有效的方法是在线路输入端串联一只NTC热敏电阻,如图1中的R2。由于在冷启动时,NTC热敏电阻呈现高阻抗,因而使浪涌电流得到限制。而当电流的热效应使NTC热敏元件的温度升高,NTC阻值急剧下降时,对系统的电流限制作用会较小。由于NTC热敏电阻在热态下的阻抗并不是零,故会产生功率损耗,当然,这种损耗是很小的。
0 I( t: T; `/ B' i7 e: p7 a(二)正温度系数热敏电阻保护
  }6 _- B# |) s    正温度系数热敏电阻PTC(Positive Temperature Coefficient)是指在某一温度下电阻急剧增加、具有正温度系数的热敏电阻。为使电路中的电流在正常工作下趋于稳定,本电路还采用了PTC热敏电阻,如图1中的R3。电流通过PTC热敏电阻后引起温度升高,即发热体的温度上升,当超过居里点温度后,电阻增加,从而限制电流增加,于是电流的下降导致元件温度降低,电阻值的减小又使电路电流增加,元件温度又升高,周而复始,因此具有使温度保持在特定范围的功能。& o2 \: K: n' ?' y6 B) M
    正常情况下,PTC元件串接在电路中,呈低阻状态,保证电路正常工作;当电路发生短路或窜入异常大电流时,PTC元件的自热使其阻抗增加把电流限制到足够小,起到过电流保护作用。当产生过电流的故障得到排除,PTC元件自动复原到低阻状态。既避免了维护更换,也避免了可能引起电路损坏的持续循环的开闭状态。
3 W5 y( p, i* k9 e  U7 I2 r(三)瞬态电压抑制器保护
7 z3 S+ {7 r& G9 [' Y  h    瞬态电压抑制器(Transient Voltage Suppressor),简称TVS,是在稳压管基础上发展起来的一种高效保护器件,主要用于对电路元件进行快速过压保护。当TVS管两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以10-12s量级的速度将两极间的高阻抗变为很低的阻抗,吸收高能量的浪涌,将两极间的电压钳位于个预定值,保护电子线路中的元器件免受各种浪涌脉冲的冲击而损坏。! X6 E! N' ?' x, k
    对于过压保护这一方面,本电路就是在电源输入端并联了TVS,如图1中的VD3,这样可以将电压维持在TVS最大承受范围之内,当出现电压高于TVS击穿点的过压现象时,可以让电流流经TVS,借此保护LED照明灯具。0 I0 D; @. c9 @' c+ ?1 k
    实验表明,将指针万用表串入电路后,在电路通电瞬间,指针突然偏转大角度的现象得到明显的改善,有效地防止了浪涌电流对LED的冲击。同时,启动一段时间后,电流有所下降,并逐渐趋于稳定。在器件的选用方面,用1W的金属膜电阻或线绕电阻代替NTC也可达到要求,过压保护选用TVS或者压敏电阻均可。在线路板设计方面,需要注意的是,高压输入部分(即电源输入端到整流桥部分)应尽量远离后面的负载电路,而且在允许的情况下,高压输入部分导线间的距离应保证在1 mm以上。
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发表于 2014-6-10 14:46:56 |
谢谢资料分享
发表于 2014-6-10 15:10:06 |
本帖最后由 中xsq 于 2014-6-10 15:12 编辑 $ V: P8 f) R5 F2 o

6 A" [. c4 R; u7 k5 N: y8 `考虑周到,请教VD3(TVS),R2(NTC),R3(PTC)易购否?价格多少?+ k& c- Y; s5 L+ [5 h$ a% {, |7 V* K
遗憾的是:低压端也有高压。
发表于 2014-6-10 18:16:12 |
谢谢楼主分享
发表于 2014-6-10 22:28:33 |
谢谢资料分享
发表于 2014-6-10 22:31:09 |
这个也可以简化,主要是增加稳压管和电阻,关键是把滤波电容加大至1000UF以上,采取两级滤波之间增加电感隔离能有效滤除干扰脉冲对LED的冲击。我自己改造一个LED台灯,是利用平时加装LED背光灯条时多余的灯珠。使用两级滤波,电容尽量的选大一些,采用1W左右的稳压管,灯珠电流控制可选取合适的电阻。怎么使用插拔或干扰都没有问题,关断时和开启时灯光是慢慢渐变的非常舒适。
 楼主| 发表于 2014-6-11 06:21:43 |
千喜宝宝 发表于 2014-6-10 22:31
) |* v4 O! R& `, ]这个也可以简化,主要是增加稳压管和电阻,关键是把滤波电容加大至1000UF以上,采取两级滤波之间增加电感隔 ...
$ \/ c6 r7 b% U( R; h- E8 ]1 H
加大滤波电容器肯定可以,要求有一定的空间,要经常检查电容器的容量。
发表于 2014-6-20 21:13:59 |
采取两级滤波之间增加电感隔离,能有效滤除干扰脉冲对LED的冲击,若空间够的话则很好
发表于 2014-6-20 21:48:44 |
谢谢楼主分享
发表于 2014-7-9 21:21:33 |
谢谢楼主分享
发表于 2015-2-4 02:32:18 来自手机 |
"当TVS管两极受到反向瞬态高能量冲击时,它能以10-12s量级的速度将两极间的高阻抗变为很低的阻抗,吸收高能量的浪涌"
1 v; E# V: x! ?: @# I2 f你上面这段话我说怎么也觉得不对,原来是“10-12s”这里,是10的负12次方秒,也就是ns
发表于 2015-10-21 21:52:55 |
看看,谢谢楼主分享!
发表于 2016-8-8 08:06:11 |
谢谢楼主分享!

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