《電子技術(shù)應(yīng)用》
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一種經(jīng)改進(jìn)的LED串離線驅(qū)動(dòng)器
摘要: 對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō),恒流法要優(yōu)于恒壓法。在本文提出的電路中,常用于LED的恒壓穩(wěn)壓器被換成一個(gè)恒流源。另外,一個(gè)起動(dòng)限流器用于抑制大的浪涌電流,而電壓斬波器則可以用于寬達(dá)96VRMS~260VRMS的交流輸入電壓范圍。
Abstract:
Key words :

 

對(duì)于LED驅(qū)動(dòng)來(lái)說(shuō),恒流法要優(yōu)于恒壓法。在本文提出的電路中,常用于LED的恒壓穩(wěn)壓器被換成一個(gè)恒流源。另外,一個(gè)起動(dòng)限流器用于抑制大的浪涌電流,而電壓斬波器則可以用于寬達(dá)96VRMS~260VRMS的交流輸入電壓范圍。

  本文的概念來(lái)源于2011年登載的兩篇設(shè)計(jì)實(shí)例( 參考文獻(xiàn)1與參考文獻(xiàn)2),經(jīng)過(guò)改進(jìn),以低成本改善了功率效率。圖1和圖2中的電路都有著相同的無(wú)電感斬波器,以及有爭(zhēng)議的功率效率問(wèn)題。為提高功率效率,應(yīng)遵循以下兩個(gè)原則:斬波器電阻的熱耗應(yīng)盡量??; 斬波器應(yīng)在適當(dāng)?shù)拈撝惦妷篤TH時(shí)做切換。另外,VTH應(yīng)盡量接近于LED串的工作電壓。這種方法盡可能地減少了恒流穩(wěn)壓器(CCR)的功耗,同時(shí)能維持一個(gè)恒定的LED電流。

  圖3電路是遵循以上原則的一個(gè)實(shí)例,功率效率約為85%.穩(wěn)壓器IC1和R5構(gòu)成一個(gè)20mA的CCR.LED串中包含足夠數(shù)量的LED,在20mA時(shí)需要120 V .R6上的電壓提供了一種間接測(cè)量LED電流的方法。

  VTH是全波整流器橋的輸出電壓,經(jīng)R1到R3的分壓,超過(guò)D5的68V偏壓,使Q 1導(dǎo)通,Q 2關(guān)斷。Q 2導(dǎo)通時(shí), C 1快速充電到VTH, 然后通過(guò)LED串緩慢放電,直到交流線的下一個(gè)半周期。

在C1放電結(jié)束時(shí),VTH不得低于維持LED工作所需要的120V電壓,也不能超過(guò)最低交流電平VRMS的1.414倍。當(dāng)LED需要120V電壓時(shí),還要加上IC1所需要的3V輸入-輸出壓差,再加上R5的1.25V電壓,于是最低C1電壓將是124.25V.為簡(jiǎn)化起見(jiàn),本圖取整到125V.

  如圖4所示,在一個(gè)10 ms的50 Hz半周期內(nèi),C 1放電時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于充電時(shí)間。在此期間,C 1兩端的峰峰值大約為20 mA×10 ms / 22 μF =9.09 V .于是,UC1-MAX= 125 V +9.09 V=134 .09 V.簡(jiǎn)單起見(jiàn)該值取整為135 V.這個(gè)值就是VTH,任何大于該值的電壓都會(huì)使Q 1導(dǎo)通,而由Q2斬?cái)唷?/font>

在一個(gè)10 ms的50 Hz半周期內(nèi),C 1放電時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于充電時(shí)間

  當(dāng)Q 1 導(dǎo)通時(shí), 圖3 中R 4 在260VRMS輸入時(shí)的功耗小于20mW,而R 1- R 2- R 3- D 5分壓器功耗小于100mW.與LED的2.4W功耗相比,這個(gè)結(jié)果幾乎可忽略不計(jì)。這些電阻值較大,因此功耗也低。R3用于精確調(diào)節(jié)VTH,以配合LED串上的實(shí)際壓降。

  電路中有一個(gè)起動(dòng)限流器,用于限制通過(guò)C1和Q2的浪涌電流,浪涌電流的出現(xiàn)是在剛達(dá)到VTH前的周期,正好加上了交流電時(shí)。限流電阻會(huì)降低每個(gè)周期的效率,而R9只將上電浪涌限制在1.35A,直至C2充電到足以導(dǎo)通Q3時(shí)為止。

 

當(dāng)交流輸入增加時(shí),斬波器的功耗略有上升, 而功率效率則稍有下降,如表1所示。

當(dāng)交流輸入增加時(shí),斬波器的功耗略有上升, 而功率效率則稍有下降

  這個(gè)改進(jìn)的電路可以工作在96 V ~260 Vac ( 50 Hz ) .對(duì)較大的LED電流,建議提高C1的容量,降低電阻R5阻值。如果LED工作電壓不同,則應(yīng)重新計(jì)算一些參數(shù),計(jì)算方法同上。LED工作電壓越低,交流輸入電壓也可以越低。本設(shè)計(jì)實(shí)例亦可適用于60Hz交流電。

  作者注:

  1. 采用大電流通孔電阻,或幾只串聯(lián)的表面安裝電阻,要能承受的電壓至少為400V.考慮短路時(shí)的安全問(wèn)題,建議使用一根熔絲。

  2. 新手實(shí)驗(yàn)的安全警告:本電路中有可致死電壓,測(cè)試與使用期間要特別小心。可能的話,用一個(gè)隔離變壓器,使電路的交流輸入懸浮于大地,不要對(duì)示波器機(jī)殼懸浮。示波器地沒(méi)有隔離,因此不能與電路相連接。

  3. 在加有交流電壓時(shí)不要按下按鍵。為保證維護(hù)時(shí)的安全,按鍵使C1通過(guò)R10到D8完全放電。

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