工程師分享：新型高功率LED驅(qū)動(dòng)電路探索

　　突發(fā)電流抑制電路的動(dòng)作原理

　　圖8是圖1中的突波電流抑制電路單元實(shí)際電路圖，本電路使用半導(dǎo)體繼電器使抑制突波電流的電阻RS0旁通。啟動(dòng)電源時(shí)利用RS0減輕突波電流，恒定狀態(tài)時(shí)則利用半導(dǎo)體繼電器旁通，藉此削減不必要的消費(fèi)電力。此外半導(dǎo)體繼電器的輸入端并連連接在平順化電容器，以VC為基準(zhǔn)微調(diào)切換Rspin1與Rspin2。

　　圖9是抑制突波電流時(shí)IS的電流波形；圖10是抑制突波電流時(shí)VS、VC的電壓波形，如圖所示在本電路流動(dòng)的電流IS，不論有無(wú)半導(dǎo)體繼電器都呈一定狀態(tài)，一般認(rèn)為主要原因是VS的電壓差，相對(duì)變更電力差所造成。換句話說(shuō)，只要賦予半導(dǎo)體繼電器動(dòng)作順序，就能夠使VS變小同時(shí)削減電力，如果半導(dǎo)體繼電器只有一個(gè)，VS的合成阻抗與電力都會(huì)增加，此時(shí)為抑制電力消費(fèi)，理論上只要降低RS1即可，不過(guò)突波電流會(huì)增加，為同時(shí)兼顧這兩個(gè)條件，最后決定使用2個(gè)半導(dǎo)體繼電器。

　　接著計(jì)算RS0、RS1、RS2各電阻值。此處假設(shè)此時(shí)電荷未滯留在平順化電容器，亦即VC=0V、VS=140V，突波電流最大值為1A。首先計(jì)算RS0值：RS0＝VS/突波電流最大值=140V/1A=140Ω。

　　為避免突波電流超過(guò)1A，刻意使RS0具備一定裕度，因此將RS0設(shè)定成150Ω，此時(shí)恒定狀態(tài)的VC實(shí)測(cè)值為120V，VS的最大值變成140V-120V=20V。雖然RS0與RS1的合成阻抗變成(RS0/RS1)=20V/1A=20Ω，不過(guò)基于安全考慮，同樣使最大電流具備一定裕度，因此將RS0/RS1設(shè)定成30Ω，如此一來(lái)：RS1=1/(1/30-1/150)=37.5Ω。

　　最后決定將RS1設(shè)定成38Ω。RS0與RS1分別設(shè)定成150Ω、38Ω時(shí)，恒定狀態(tài)的VC實(shí)測(cè)值為130V，VS的最大值變成140V-130V=10V。RS0、RS1、RS2的合成阻抗變成(RS0/RS1/RS2)=10V/1A=10Ω，基于安全考慮，刻意使最大電流備1.5倍的裕度，因此RS0/RS1/RS2設(shè)定成10Ω×1.5=15Ω，RS2=1/(1/145-1/30)=30Ω，RS2設(shè)定成30Ω。

　　電源效率

　　所謂電源效率是指所有LED的消費(fèi)電力。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示新型LED燈驅(qū)動(dòng)電路電源電壓，在90~110V范圍變動(dòng)時(shí)，能夠獲得80.7~91.8%的電源效率。圖11是實(shí)驗(yàn)?zāi)K實(shí)際外觀；表3是驅(qū)動(dòng)電路的輸入電壓、輸入電力（交流）特性、輸出電壓、輸出電力（直流）特性、照度特性、全光束特性的測(cè)試結(jié)果。其中輸出電力是根據(jù)“輸出電壓×輸出電流”算出；電源效率是根據(jù)“輸出電力∕輸入電力”算出。

圖12~14分別是輸入電壓變動(dòng)時(shí)的輸出與輸入端的消費(fèi)電力、電源效率、全光束、照度特性的測(cè)試結(jié)果。如圖12所示輸出電力呈現(xiàn)飽和狀態(tài)，主要原因是定電流電路發(fā)生作用，防止大量電流在LED內(nèi)部流動(dòng)所致。輸入電壓若超越額定值越多，在定電流電路單元電壓下降相對(duì)越大，如圖13所示此時(shí)電源效率越差，反過(guò)來(lái)說(shuō)輸入電壓越低，電源效率越高。

　　如圖13、圖14所示輸入電壓越低，照度與全光束隨著降低，此處刻意減少LED的顆數(shù)，輸出電力的飽和領(lǐng)域，從輸入電壓90V處開(kāi)始設(shè)定，此時(shí)隨著電壓變動(dòng)全光束的變化會(huì)減少，不過(guò)電源效率在全領(lǐng)域卻相對(duì)變少，雖然增加LED的顆數(shù)，整體的電源效率會(huì)提高，然而隨著電壓變動(dòng)，全光束的變化卻非常明顯。研究人員認(rèn)為兩者的妥協(xié)點(diǎn)與實(shí)際上以100V動(dòng)作的機(jī)率很高，因此最后選擇能夠從100V附近進(jìn)入輸出電力飽和領(lǐng)域的條件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

　　啟動(dòng)時(shí)間

　　新型LED燈驅(qū)動(dòng)電路，從開(kāi)啟電源一直到LED點(diǎn)燈為止，有所謂的時(shí)間間隔(Time lag)，主要原因是開(kāi)啟電源時(shí)，受到生突波電流抑制電阻的影響，造成平順化電容器C充電時(shí)必須花費(fèi)相當(dāng)時(shí)間，電流流到LED時(shí)出現(xiàn)延遲現(xiàn)象。由此可知啟LED的動(dòng)時(shí)間，基本上取決于平順化電容器與突波電流抑制電阻構(gòu)成的RC電路時(shí)定數(shù)。

　　此外新型LED燈驅(qū)動(dòng)電路使用交流電進(jìn)行全波整流充電，因此實(shí)際啟動(dòng)時(shí)間比直流電更遲緩。如圖10所示，新型LED燈驅(qū)動(dòng)電路的啟動(dòng)時(shí)間低于0.2，傳統(tǒng)熒光燈的啟動(dòng)時(shí)間大約2~3秒，相較之下前者的啟動(dòng)時(shí)間非?？?，幾乎無(wú)法察覺(jué)新型LED燈驅(qū)動(dòng)電路的啟動(dòng)時(shí)間延遲。

　　結(jié)語(yǔ)

　　半導(dǎo)體繼電型突波電流抑制電路構(gòu)成的新型高功率LED燈驅(qū)動(dòng)電路，可以有效削減不必要的電力消費(fèi)，90~110V的電源電壓，10~20W的輸出電力，電源效率高達(dá)80.7~91.7%，而且還可以降低突波電流，點(diǎn)燈時(shí)的電流降至1A以下，因此斷電器完全沒(méi)有跳脫之虞。一般認(rèn)為今后照明用LED，可望朝復(fù)數(shù)LED封裝化、高發(fā)光效率方向發(fā)展，屆時(shí)LED順向電壓變高后，未作降壓、分壓直接使用DC140V的高功率LED燈驅(qū)動(dòng)電路勢(shì)必受到重視。