1W大功率LED驅動電源電路分析

文章來源:恒光電器

發布時間:2014-04-10

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 大功率發光二極管比日光燈具有更高的發光效率和使用壽命。人們應根據實際使用方式另外加裝散熱器。目前，國產3W發白光的LED零售價為15元，但由于3W大功率LED質量還不夠可靠，暫不宜使用。5W大功率LED只有進口貨，每只售價高達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產1W發光二極管。
鑒于大功率發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，只驅動一只發光二極管工作的電能利用效率僅為60%。必須把3只以上發光二極管串聯起來工作，才能使總的電能利用效率超過80%。
根據3基色合成白光原理，將紅、綠、藍3只1W大功率發光二極管串聯起來工作，就可以獲得相當于3W發白光的LED所達到的亮度。同時還可以組合出6種彩色光線，滿足人們對變換彩光的喜好。為了避免電能浪費，使用市電做LED驅動電源應采用電容器做降壓限流元件。
用洗衣機電機所配的常規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。購買紅、綠、藍3只1W大功率LED共需20元，比購買1只3W發白光的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，而購買1只14μ/AC400V電容器比購買1只4.7μ/400V電容器又要高出5元，綜合成本并不合算。

1W大功率發光二極管的實用驅動電源見附圖，其中：C3電容的主要作用是在剛接通220V市電時防止可能產出的瞬間大電流通過LED使其受到損壞，VS1可控硅則是防止負載開路時在C3兩端產生高壓使其嚴重發熱爆炸。VDS1觸發二極管的轉折電壓為30V～40V，正常狀況下C3兩端電壓不超過10V，設計， led服裝照明，VDS1一直截止，VS1也截止。只有在負載電路斷掉或LED內部開路情況下，C3兩端電壓剛升到30V～40V時VS1才即刻導通并維持導通狀態。排除故障重新接通電源，VS1即自動恢復截止狀態。
如果只要求3只大功率LED一起發光，電源驅動電路中的VT1～VT9和R3～R9可全部不用。該部分電路專門為控制紅、綠、藍3只LDE的發光狀態而設計，A、B、C三端懸空或接到直流負端相對中點上，VT1、VT4、VT7～VT9截止，LED射燈，VT2、VT3、VT5、VT6導通，LED2和LED3分別被VT2和VT3短路，只有LED1工作發光。
單獨將B端接到直流正端,將使VT8導通，VT5和VT2隨之截止，LED2工作發光。單獨將C端接到直流正端,將使VT9導通，VT6和VT3隨之截止，LED3工作發光。與此同時，B端或C端接到直流正端，都可使VT4導通、VT1隨之導通，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導通，強制讓BG4截止，VT1隨之截止，照明資質，LED1工作發光。這樣，無論A、B、C三端處于何種狀態，總有至少一只發光管工作。而通過對加在A、B、C三端上的電平控制，就可以使3只發光按照需要的組合進行發光。
A、B、C三端上的電平可以采用普通開關進行控制， led戶外照明，LED-T5一體化燈管，也可以使用3只D觸發器和一只按鍵來實現循環變換。當然還可以把6只LED串聯起來工作，用專門的彩燈控制IC來實現動態變化。有興趣者還可以將控制電路再進一步設計成紅外遙控電路，安裝在臥室中更有一番味道.
1～3W手電筒LED應用中既有升壓型，國內資訊，企業資訊，也有降壓型。升壓型應用的輸入電壓范圍為1至2.5 Vdc，工作頻率達1.2MHz;降壓型應用的輸入電壓范圍為4至5.5 Vdc， led室內照明，頻率達1.7MHz。兩類應用都需支持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應用可采用安森美半導體的NCP1421升壓DC/DC轉換器，同等功率范圍的手電筒降壓LED應用可以采用安森美半導體的NCP1529低壓降壓轉換器，應用電路圖分別如圖7(a)和圖7(b)所示。

特別適合低電流LED照明應用的線性恒流穩流器
前文根據不同的供電類型，探討了不同功率范圍LED應用的要求及適合采用的驅動電源方案。但縱觀不同的LED照明應用，恒光電器，可以發現有一類應用側重于低電流應用，典型應用如商業和工業標識牌、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應用常見的驅動方案包括低壓降線性穩壓器和電阻等。這兩種驅動方案各有其優劣勢。
有利的是，安森美半導體利用正申請專利的自偏置晶體管(SBT)技術，結合自身超強的工藝控制能力，推出一種新的低電流LED驅動方案——NSI45系列雙端和三端線性恒流穩流器(CCR)。這種方案比線性穩壓器更簡單，且成本更低，但性能相比電阻方案又大幅提升，填補了市場空隙。NSI45系列提供眾多優勢，如在寬電壓范圍下保持亮度恒定，電工照明，輸入電壓較高時保護LED免受過驅動影響，輸入電壓較低時仍使LED較亮，幫助減少或消除LED編碼庫存，以及幫助降低系統總成本等，道路照明，非常適合低電流LED電流應用。