應(yīng)用于建筑物及室內(nèi)照明的簡(jiǎn)單低成本LED驅(qū)動(dòng)電路

LED是一種能效比白熾燈高得多的光源，但它們要求專用電子驅(qū)動(dòng)電路，確保不遭受過大應(yīng)力，從而使它們繼續(xù)提供產(chǎn)品規(guī)格中所宣稱的長(zhǎng)壽命。通過設(shè)計(jì)新的照明方案，LED的緊湊尺寸使其能夠置于柔性燈條中，易于隱藏在櫥柜或樓梯中。如果在設(shè)計(jì)參數(shù)范圍內(nèi)工作且不遭受過大應(yīng)力，LED的使用壽命能比白熾燈泡長(zhǎng)100倍。

LED的主要工作參數(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單：保持LED電流恒定，且低于能夠承受的最大電流。如果驅(qū)動(dòng)電路以LED的規(guī)格維持工作，它們的光輸出將恒定，使用壽命將超過5萬小時(shí)。

建筑物及室內(nèi)照明燈具的設(shè)計(jì)針對(duì)的是在全球所有地區(qū)工作，需要遵從全球規(guī)范。燈具需要以50或60 Hz頻率在85 VAC至265 VAC的完整通用電壓規(guī)格范圍內(nèi)工作。傳統(tǒng)電源提供精確的電壓輸出及不同電流電平。將一顆電阻與LED串聯(lián)，就可以限制電流。此類設(shè)計(jì)的先決條件是明確知道LED(串)兩端的電壓，并且此電壓不會(huì)跟隨LED溫度變化而改變。不利的是，LED正向電壓確實(shí)會(huì)跟隨溫度而變化。

LED制造商通常根據(jù)正向電壓對(duì)其元件進(jìn)行編碼，使燈具制造商能夠構(gòu)建在固定溫度時(shí)能與LED正向電壓匹配的燈具設(shè)計(jì)。不要求LED編碼的電路會(huì)頗具吸引力，因?yàn)樗鼤?huì)節(jié)省LED制造商的時(shí)間，且LED的價(jià)格會(huì)更便宜。LED的正向電壓還具有負(fù)溫度系數(shù)(即溫度升高時(shí)正向電壓下降)，可能會(huì)使電路熱失控，故要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)中構(gòu)建防護(hù)電路。

驅(qū)動(dòng)LED的最佳方案是電路監(jiān)測(cè)電流并保持電流恒定的方案。此類電路不受LED正向電壓影響，無須LED編碼，且消除了LED具有的正向電壓負(fù)溫度系數(shù)之影響。此類電路可以是復(fù)雜的開關(guān)穩(wěn)壓器，或是帶反饋環(huán)路的線性穩(wěn)壓器。復(fù)雜的開關(guān)穩(wěn)壓器極適合高光輸出應(yīng)用，如以能效為主的街道照明。

建筑物及室內(nèi)照明燈具非常適合簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)及強(qiáng)固的混合電路。它們?cè)O(shè)計(jì)的能效可能不像復(fù)雜的開關(guān)穩(wěn)壓器那樣高，但低成本和簡(jiǎn)單使其成為極具吸引力的選擇。這些電路能夠以50或60 Hz頻率在85 VAC至265 VAC的完整通用電壓規(guī)格下工作。

圖1所示的電路由整流橋、斬波器(chopper)和簡(jiǎn)單的穩(wěn)流器構(gòu)成。全波橋由二極管D1、D2、D3和D4(1N4004)構(gòu)成，為斬波器電路注入信號(hào)。開關(guān)Q2(NDD03N50Z)立即導(dǎo)通，電容C1(22 μF)開始充電。

電阻R1(330 kΩ)和R2 (390 kΩ)是分壓器。當(dāng)二極管D5(MMSZ5260BT1G)的陰極電壓達(dá)到43.5 V時(shí)，齊納二極管導(dǎo)電，并導(dǎo)通Q1(MPSA44)。Q1導(dǎo)通，就會(huì)將Q2的門極拉至低電平，致其關(guān)閉。電路中還包含二極管D6(MMSZ15T1G)，用于保護(hù)Q2的門極。

電容C1兩端之電壓維持在80 V與90 V之間。C1存儲(chǔ)的電荷為恒流穩(wěn)流器(CCR) (NSI45020AT1G)及LED串(此電路示例中含22顆LED)供電。CCR將LED串的電流維持在20 mA。電路中包含與LED串聯(lián)的電阻R4 (10 Ω, 1.0 %)，用于測(cè)量LED串電流(200 mV = 20 mA)。

圖2中的跡線明確顯示，整流橋電壓增加到高于80 V時(shí)，斬波器電路開關(guān)并限制施加在穩(wěn)流器電路上的電壓。跡線1是整流橋電路的輸出波形。跡線2是斬波器電路輸出部份的電容C1兩端的電壓。跡線3是電流感測(cè)電阻(10 Ω, 1.0 % = 200 mV = 20 mA)兩端的電壓。


圖1 LED驅(qū)動(dòng)電路

圖2 在150 VAC輸入電壓條件下電路不同部份的電壓

而輸入電壓為85 VAC條件下的電壓波形示波器跡線顯示，仍有足夠的設(shè)計(jì)裕量(head room)來讓Q1保持在導(dǎo)通狀態(tài)更長(zhǎng)時(shí)間，使電容C1保持在完整充電的狀態(tài)。當(dāng)輸入電壓降低至54 VAC， LED電流便開始下降。

在265 VAC的高輸入電壓條件下，Q1導(dǎo)通時(shí)間極短。然而，跡線2顯示，仍有足夠的能量來為Q1充電，并在關(guān)閉周期維持LED電流。

此電路可以調(diào)節(jié)，從而在不同LED陣列的條件下工作。CCR提供高達(dá)160 mA的額定電流。要支持更高電流，可以并聯(lián)布設(shè)CCR。C1、R1和R2的值的選擇需要匹配使用的LED的類型及數(shù)量。

結(jié)論

建筑物及室內(nèi)照明燈具藉使用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)及強(qiáng)固的混合電路，能夠利用LED的優(yōu)勢(shì)，獲得LED宣稱的長(zhǎng)使用壽命。本文介紹的電路設(shè)計(jì)使用了簡(jiǎn)單的斬波器及CCR，它們的配置能夠以50或60 Hz頻率在85 VAC至265 VAC的完整通用電壓規(guī)格下工作。