怎样设计LED线性恒流驱动电路

　　LED是冷光源，工作电压低、光效高，被认为是21世纪照明的新光源。然而，目前LED照明设备投有得到普及应用的关键问题有两个，一是价格偏高；二是控制电路不稳定导致LED寿命大大降低。据统计，目前LED白光照明灯具出现的失效故障，70％左右是电源问题，20％左右是线路和结构问题，只有不到10％是LED单管的本身质量问题，所以电源管理方案的选择对于节能而言也举足轻重，这就要求在驱动电路设计中选择最合适的AC-DC驱动器。因此可靠、低成本的控制电路是LED照明推广普及的前提。

　　由LED的电学特性可知，LED的平均正向电流随着正向电压的增大呈现大幅度的线性增长，LED在正向导通后其正向电压的细小变动将引起LED电流的很大变化，且电流对LED结温影响很大，过大的电流很容易导致LED灯珠结温升高而损坏。此外，由LED的光学特性可知随着正向电流的增加，LED光通量随之增大，即亮度增加。因此为了保持LED发光亮度的恒定，就要保证LED正向电流的稳定。因此设计合理的驱动电源对于LED照明灯具就显得十分重要。

　　本文提出了一种LED线性恒流驱动电路，该电路具有成本低、结构简单、效率高、体积小等特点，很适合做室内照明LED灯具（如LED日光灯）的驱动电源。

　　1 LED线性恒流驱动电路

　　LED灯在使用时需要多颗灯珠串联或者并联起来才能工作，采用并联方式驱动多只LED虽然所需的电压较低，但由于每只LED的正向压降不同，使得每只LED的亮度不同，除非采用单独的调节的方式来保证每只LED有相同的亮度。所以并联方式要保证亮度均匀一致，实现起来比较复杂。而采用串联方式能够保证流过每只LED的电流相同，亮度一致，是目前常用的结构。

　　当采用串联型的驱动方式时，如果其中一个或几个LED发生故障而断路（短路对电路影响较小可忽略），会使电路发生断路而不能正常工作。为了避免此缺陷，可在每个LED两端反向并联一个稳压管（如图l所示），当某个LED灯珠发生断路时，其并联的稳压管投人工作，保证了串联灯珠电流不变。要注意的是，稳压管的稳压值要比LED的导通电压要高，否则并联的稳压管会分流掉一部分电流而使LED将变暗甚至不亮。

　　图1 LED串联驱动电路

　　本文采用串联驱动方式，其LED线性恒流控制电路如图2所示。

　　图2 LED线性恒流控制电路

　　图中，Vz1、Vz2、VQ1、VQ2、R1、R2构成线性恒流源，它保证了流过每只白光LED的电流相同，得到均匀的亮度。LED驱动电源采用市电直接整流滤波，得到控制LED的直流工作电压，无需升压或降压处理，故电源驱动电路简洁，且电源效率高。所使用的LED是高亮度的白光LED（工作电压范围为：3.0～3.2V），利用94个LED灯珠组成LED日光灯。

　　下面，进行线性恒流源电路的工作原理分析，电路采用互补型两端恒流源结构，如图3所示。

　　图3 互补型两端恒流源电路

　　晶体管VQ1，稳压管Vz1和R1构成一个恒流源，此恒流源给稳压管Z2提供稳定的工作电流，而晶体管VQ2，稳压管Vz2和R2构成另一个恒流源共给稳压管Vz1稳定的工作电流。由于两个恒流源互相稳定对方的稳压管工作点，使稳定电压Vz1和Vz2以及流过该恒流单元的总电流均不再变化，因此可以保证流过LED的工作电流的恒定。

　　图中各电流与电压之间关系如下：

　　流经LED的工作总电流，ILED为：

　　我们采用的LED灯珠是0.06 W的LED，工作电流为20mA，为了设计方便，选用的电路元器件是完全对称的，参数分别为：

　　将以上参数代入式（1）可得：

　　恒流源电路提供工作电流为20mA，满足所用灯珠要求。

　　2 测试实验结果及分析

　　测试接线如图2所示，通过调节自耦变压器改变电压以模拟电网电压的变化。通过模拟电网电压的波动，测试此恒流控制电路在实际电网中的工作特性，观察LED的工作电流是否会随着外部电压的波动而发生大的波动，并对此电路在不同电压下的效率和LED的结温进行了实际的测试。

　　2.1 LED正向电流随输入电压变化的特性

　　图4是LED灯珠串工作电流与电源电压关系曲线。

　　图4 电源电压与LED电流的关系曲线

　　当电源电压Ui从220V增大到250V时，整流后的直流电压由310 V变为350 V，而LED灯珠串的工作电流，If从20mA变化到21.5 mA，只变化了1.5 mA。因此可以看出，电路有很好的恒流效果，保证了LED目光灯亮度的基本稳定。

　　2.2 输入电压变化对驱动电路参数的影响

图5、图6是随着输入电压变化，加在LED工作电路上的直流电压与加在LED灯珠串上的电压及恒流源承担电压的变化情况。从图5、图6可以看到，输入电压经整流后，形成的直流电压由LED灯珠串与线性