LED 驱动电路除了要满足安全要求外,另外的基本功能应有两个方面,一是尽可能保持恒流特性,尤其在电源电压发生±15%的变动时,仍应能保持输出电流在±10%的范围内变动。二是驱动电路应保持较低的自身功耗,这样才能使LED 的系统效率保持在较高水平。
传统的低效率电路:
图1
图1 是传统的低效率电路,电网电源通过降压变压器降压;桥式整流滤波后,通过电阻限流来使3 个LED 稳定工作,这种电路的致命缺点是:电阻R 的存在是必须的,R 上的有功损耗直接影响了系统的效率,当R 分压较小时,R 的压降占总输出电压的40%,输出电路在R 上的有功损耗已经占40%,再加上变压器损耗,系统效率小于50%。当电源电压在±10%的范围内变动时,流过LED 的电流变化将≥25%,LED 上的功率变化将达到30%。当R 分压较大时,在电源电压在±10%的范围内变动时,虽说能使输出到LED 的功率变化减少,但系统效率将更低。
图2
图2是在图1 的基础上加了一个集成稳压元件MC7809,使输出端的电压基本稳定在9V,限流电阻R 可用得很小也不会因为电源电压的不稳定造成LED 的超载。但是此电路除了保证LED 的基本恒定输出外,效率还是很低的。因为MC7809 和R1 上的压降仍占很大比例,其效率仅为40%左右。
上述这类电路的应用,系统总的每瓦输出流明仅为20lm/W~25lm/W,是根本不能称为节能的照明产品的。为了达到既能使LED 稳定工作,又能保持高的效率,应采用低功耗的限流元件和电路来使系统效率提高。
图3
图3 是采用集成恒流源NUD4001 的LED 驱动电路,这一电路的显著特点是当电源电压在±15%的范围内变动时,输出波动≤1%,可称为恒功率驱动电路,另外这一IC 电路可在很低的串联分压下工作(即1 脚与输出的各引脚之间的电压在≥2.8V 时尚能工作),所以可保证在几乎恒功率输出的情况下,保持1 脚与输出引脚之间的电压在2.8V 左右就能使系统效率达70%左右。这一IC 电路的输入电源可采用工频交流,但最好采用卤钨灯电子变压器作为前级,这样能保证谐波和电源端子干扰都符合标准的要求。当电子变压器内部实现Ⅱ类电器的隔离绝缘输出时,图3 电路可用于Ⅱ类灯具中,并且输出端可以做成可触及式。
图4
电路是直接采用电容作为限流元件,在此电路中,由于电容上的分压几乎达到了全部电源电压,所以具有良好的限流特性,当电源电压在±10%波动时,输出电流也在≤±10%内波动,只要在设计中把LED 的额定值留有一定的裕量,就能保证在电源电压波动时LED 仍处于良好的工作状态。由于电容的介质损耗极小,所以电路的损耗很小,电阻R 的作用是在断电时,保证电容上的电压能及时放掉,其阻值可≥3MΩ,每组串联的LED 中,可加有一个IN4007 二极管,当两组串联的LED 有一个内部开路时,另一组有可能被反向电压击穿,如串入一个IN4007 二极管,则可保护剩余的LED 不损坏,当然IN4007 的加入也使效率略有下降,(当输出电流30mA 时,IN4007 上的功耗约0.02W)。对于一体化小夜灯,可省略IN4007,此时这一驱动电路效率≥90%。用此驱动电路做成的LED 小夜灯,效率高于采用气体放电光源的小夜灯,并且使用寿命远大于采用其它光源的小夜灯。此电路在30 个LED 串联时还能稳定工作。但是此电路输出的光具有一定的频闪(在50Hz 时有100Hz 的频闪),不适用于运动物的照明场合,并且使用时LED 应做成不可触及,否则将影响安全。
图5
电路是在原卤钨灯电子变压器的基础上,利用高频电感限流来实现LED 的稳定工作。此电路的特点是,负载可根据电子变压器功率的大小带上几组LED,并且可做到次级完全隔离的安全特低电压输出,输出电压12V(此时每组的 LED 为3 个),(最高输出电压图5 可以到25V/空载输出电压可以到33V)。由于采用了高频电流来点亮LED,所以输出光的频闪现象基本可消除。输出的限流电感,可以做得体积很小,每个电感的电感量仅为0.05mH~0.2mH
(根据LED 的电流不同,采用不同电感量的电感),只要电感采用的线径不要太细,电子变压器的调试水平较高,这一电路在输出功率为8W~70W 时,总体效率可达80%~92%。此电路在线路功率≥25W 时,还能全面满足谐波和EMI 的要求。此电路在电源电压变化±10%时,输出给LED 的功率变化±20%,所以应保证在额定电源电压下,使输出给LED 的功率适当小于额定值,防止过电压时LED 超载引起过热而影响使用寿命。
图6