《電子技術應用》
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一種經改進的LED串離線驅動器
摘要: 對于LED驅動來說,恒流法要優于恒壓法。在本文提出的電路中,常用于LED的恒壓穩壓器被換成一個恒流源。另外,一個起動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96VRMS~260VRMS的交流輸入電壓范圍。
Abstract:
Key words :

 

對于LED驅動來說,恒流法要優于恒壓法。在本文提出的電路中,常用于LED的恒壓穩壓器被換成一個恒流源。另外,一個起動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96VRMS~260VRMS的交流輸入電壓范圍。

  本文的概念來源于2011年登載的兩篇設計實例( 參考文獻1與參考文獻2),經過改進,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電感斬波器,以及有爭議的功率效率問題。為提高功率效率,應遵循以下兩個原則:斬波器電阻的熱耗應盡量??; 斬波器應在適當的閾值電壓VTH時做切換。另外,VTH應盡量接近于LED串的工作電壓。這種方法盡可能地減少了恒流穩壓器(CCR)的功耗,同時能維持一個恒定的LED電流。

  圖3電路是遵循以上原則的一個實例,功率效率約為85%.穩壓器IC1和R5構成一個20mA的CCR.LED串中包含足夠數量的LED,在20mA時需要120 V .R6上的電壓提供了一種間接測量LED電流的方法。

  VTH是全波整流器橋的輸出電壓,經R1到R3的分壓,超過D5的68V偏壓,使Q 1導通,Q 2關斷。Q 2導通時, C 1快速充電到VTH, 然后通過LED串緩慢放電,直到交流線的下一個半周期。

在C1放電結束時,VTH不得低于維持LED工作所需要的120V電壓,也不能超過最低交流電平VRMS的1.414倍。當LED需要120V電壓時,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.為簡化起見,本圖取整到125V.

  如圖4所示,在一個10 ms的50 Hz半周期內,C 1放電時間遠遠長于充電時間。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.簡單起見該值取整為135 V.這個值就是VTH,任何大于該值的電壓都會使Q 1導通,而由Q2斬斷。

在一個10 ms的50 Hz半周期內,C 1放電時間遠遠長于充電時間

  當Q 1 導通時, 圖3 中R 4 在260VRMS輸入時的功耗小于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,這個結果幾乎可忽略不計。這些電阻值較大,因此功耗也低。R3用于精確調節VTH,以配合LED串上的實際壓降。

  電路中有一個起動限流器,用于限制通過C1和Q2的浪涌電流,浪涌電流的出現是在剛達到VTH前的周期,正好加上了交流電時。限流電阻會降低每個周期的效率,而R9只將上電浪涌限制在1.35A,直至C2充電到足以導通Q3時為止。

 

當交流輸入增加時,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。

當交流輸入增加時,斬波器的功耗略有上升, 而功率效率則稍有下降

  這個改進的電路可以工作在96 V ~260 Vac ( 50 Hz ) .對較大的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,則應重新計算一些參數,計算方法同上。LED工作電壓越低,交流輸入電壓也可以越低。本設計實例亦可適用于60Hz交流電。

  作者注:

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

  2. 新手實驗的安全警告:本電路中有可致死電壓,測試與使用期間要特別小心??赡艿脑?,用一個隔離變壓器,使電路的交流輸入懸浮于大地,不要對示波器機殼懸浮。示波器地沒有隔離,因此不能與電路相連接。

  3. 在加有交流電壓時不要按下按鍵。為保證維護時的安全,按鍵使C1通過R10到D8完全放電。

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