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1、探索低成本LED 照明驱动方案2011-12-06发光二极管(LED) 是用于建筑物及室内照明的下一代照明组件，发光能效比白炽灯高得 多，不过， 其必须以专用电子驱动电路， 确保不遭受过大应力，从而使它们持续提供产品规格中所宣称的长寿命。针对此一技术前提，本文将探讨如何使用简单LED 驱动电路来提供 必要的可靠性，并将灯具成本降至最低。LED 特性加持 室内照明设计更有效率LED 照明的特性已使室内照明设计人员可进一步设计出新的照明方案， 举例来说， LED尺寸小，且可密集排列， 使其能置于软性灯条内， 或易于隐藏在橱柜及楼梯中，达成更多设计弹性。此外， LED 的主要工作参数相对简单，只要保
2、持电流恒定，并低于可承受的最大 电流，进一步在设计参数范围内工作而不遭受过大应力， LED 使用寿命将比白炽灯泡长一 百倍，成为另一项关键优势。所以，若驱动电路符合LED 规格，其光源输出将能维持恒定， 基本上使用寿命可超过5 万小时。另一方面，建筑物及室内照明灯具的设计方针须针对全球普遍的规范，其灯具须以 50 或 60Hz频率在 85? 265VAC 的完整通用电压规格范围内工作。涵盖此通用电压要求的电源 电路已完成设计，并在生产当中， 未来可望以此设计为基础， 进一步渗透计算机及手机市场。 必须注意的是，这些电源设计系针对终端产品进行优化，但并不必然是LED 驱动电路的最减轻设计负担保持
3、电流恒定方案崛起 由于传统电源提供精确的电压输出及不同电流电平，故将一颗电阻与LED 串行，就可限制电流。而此类设计的先决条件是明确知道LED( 串 )两端的电压，且此电压不会跟随LED温度变化而改变。但不利的是， LED 正向电压通常会随着温度而变化，因此 LED 制造商须 根据正向电压对其组件进行编码，使灯具制造商可构建在固定温度时与 LED 正向电压匹配的灯具设计。在此设计考虑之下， 不须经过 LED 编码的电路具有更强吸引力， 因其可节省LED 制造 商的时间，且产制出的 LED 价格会更便宜。不仅如此，囿于安全性问题， LED 正向电压还具有负温度系数 ( 即温度升高时正向电压下降)
4、 ，可能导致电路过热而失控，故还须要求设计人员构建防护电路，又是一笔额外的成本。因此， LED 驱动电路的最佳方案是可监测电流并保持电流恒定的方案。此类电路不受LED 正向电压影响，无须LED 编码，且消除LED 在正向电压负温度系数的影响。加上此类电路应用广泛， 可以是复杂的开关稳压器或是带回馈回路的线性稳压器， 而复杂的开关稳压器极适合高光输出应用，如以发光效能为主的街道照明。由此可见， 建筑物及室内照明灯具均适合采用简单、 经济及强固的混合电路设计， 虽然 其效能要求可能不像复杂的开关稳压器高， 但低成本和简单的设计架构使其成为极具吸引力 的选择。成本 LED 驱动电路截波器 /稳流器是
5、关键接下来将针对室内照明的简单、低成本LED 驱动电路做介绍，图 1 所示的电路由整流桥、截波器 (Chopper) 和简单的稳流器构成，全波桥由二极管 D1 、 D2、 D3 和 D4(1N4004) 构成，为截波器电路注入讯号，开关Q2(NDD03N50Z)将立即导通电容 C1(22 P F)开始充电Sa-iwrtZiWliiA21&6INOMIMCir图1由整流桥、截波器和简单的稳流器构成的电路图而分压器电阻 R1和R2分别为330(k Q )和390千欧姆，当二极管 D5(MMSZ5260BT1G) 的阴 极电压达到43.5伏特(V)时，齐纳(Zener)二极管即可导电弁导通Q1(MP
6、SA44)。当Q1被导通后，就会将 Q2的闸极拉至低电平致其关闭，不过电路中须包含二极管D6(MMSZ15T1G),用于保护Q2的闸极。此时，电容 C1两端的电压维持在 80? 90伏特之 间。C1储存的电荷为恒流稳 流器(CCR)(NSI45020AT1G) 及LED串(此电路示例中含二十二颗LED)供电。CCR将LED串的电流维持在20毫安(mA)。电路中包含与 LED串行的电阻 R4(10 Q, 1.0%),用于测量LED串电流 (200mV=20mA)。必须注意的是，图2中迹线1代表的是整流桥电路的输出波形；迹线2为截波器电路输出部分的电容 C1两端的电压；而迹线 3则是电流感测电阻(
7、10 Q, 1.0%=200mV=20mA)两端 的电 压。150 VAC input整流愠通出波形唱出容丽塔建波形IS利0阻屋波形CK9 200rh图 2在 150VAC 输入电压条件下，电路周期不同部分呈现的电压当整流桥电压增加到高于 80 伏特时，截波器电路开关也将会限制施加在稳流器电路上 的电压。另外，透过图 3 的示波器迹线，显示该电路仍有足够的设计余量(Head Room) 来让 Q1保持在导通状态更长时间，并使电容C1 保持在完整充电的状态，只是当输入电压降低至54VAC 后， LED 电流便开始下降。此外，如图 4 所示，在 265VAC 的高输入电压条件下，Q1 导通时间极短
8、，不过，图 4 中迹线 2 显示仍有足够的能量来为 Q1 充电，并在关闭周期 维持 LED 电流。|1 I-IXCO AS I ： i* ffsa图3输入电压为85VAC条件下的电压波形5 VAC inputChi 1OCY 03200mVf-.l i Orm 时炸A. Chi / 94冲阳265 VAC input整流校串俞出罪屋波花50 0V如iCh320CV2?XlmV*fl4 CTTIT 12 St SA ACHI z 140V彳科Q *中v i i I Ink RiIJEIXcnHWRH图4在265VAC输入电压条件下所记录的相同数据发挥LED优势照明灯具使用寿命再提升事实上，上述的LED驱动电路设计可依不同需求进行调节，从而在不同LED的数组条件下工作。举例来说，CCR已提供高达160毫安的额定电流，但若要支持更高电流，可弁 列布设CCR ,而在C1、R1和R2的选择上则须使用匹配的 LED类型及数量，方能达成。总结而言，本文介绍的电路设计使用简单的截波器及CCR,其配置能以50或60Hz频率在85? 265VAC的完整通用电压规格下工作，让建筑物及室内照明灯具，藉由简单、经济 及强固的混合电路，发挥 LED的优势，以获得更长的灯具使用寿命。