工程师分享：新型高功率LED驱动电路探索

　　各种突波电流抑制电路

　　传统突波电流抑制电路大多使用热敏型、闸流体型，或是半导体继电器型，新开发的LED灯专用驱动电路，则改用半导体继电型突发电流抑制电路。接着介绍各种突波电流抑制电路的特征。

　　热敏型

　　使用热敏型主要目的是取代突波电流抑制用电阻，所谓「热敏型」是指连接热敏电阻的方法。图4是热敏阻型抑制突波电流控制电路图，动作原理突波电流造成温度上升的同时，电阻热敏的阻抗值会自动下降，如此就可以减少恒定状态时的电力损失。不过这种方式切断电源立即再开启时，热敏电阻的温度受到预热影响，会持续维持上升状态，因此同样有发生大突波电流之虞。

　　闸流体型

闸流体型是将闸流体与突波电流抑制用电阻并联设置，恒定状态时使闸流体变成ON状态，在此同时使突发电流抑制用电阻旁通，藉此削减电力损失。图5是闸流体型抑制突发电流控制电路图，本电路为了使闸流体ON、OFF，必须使用控制电路与控制电路用电源。虽然这种方式可以削减突波电流抑制用电阻的电力损失，不过突波电流控制电路还本身会是会消费电力，因此效率实际上并不如预期理想，此外随着组件使用数量增加，电路封装面积与制作成本同样有上升之虞。

　　半导体继电器型

　　图6是新开发的半导体继电器型抑制突波电流控制电路图，本电路使用半导体继电器旁通突波电流抑制用电阻。半导体继电器的消费电力很小，恒定状态时的损失非常微量，若与LED灯单元并联设置半导体继电器的输入端，就可以省略上述闸流体型的突波电流抑制电路用电源与控制电路，有效减少恒定状态时的电力损失。此外半导体继电器的输入端与输出端呈电气性绝缘，因此电路设计很容易、电路结构非常简易，而且可以有效抑制电路封装面积的增加。表2是以上三种突波电流控制电路的比较一览。

　　动作特征

　　如图1所示新型LED灯专用驱动电路是由下列单元构成，分别是：电源单元、定电流电路单元、定电流电路单元、LED灯单元。电源单元如上所述，首先将AC100V作全波整流，接着进行平顺化就能获得DC140V，不过考虑AC100V±10V的变动，因此实际上会变成DC140V±10V。接着介绍：定电流电路的动作原理、突发电流抑制电路的动作原理、电源效率、启动时间。

　　定电流电路的动作原理

　　图7的定电流电路是图1中LED稳定驱动的定电流电路单元实际电路图，本电路使用齐纳二极管制作定电压，接着将定电压施加至FET的VGS使定电流流动。此外本电路还利用定电流二极管，提供 齐纳二极管定电流制作更稳定的电压，图中的R是电流检测用电阻，当FET过热电流IF增加时，它能够发挥降低VGS、抑制电流IF，提高对热的稳定性。R是可变电阻，改变阻抗值可以进行电流的微调，观察实际电路动作时，可以发现定电流电路单元的动作电压VCRC大约是3.9V左右。

　　突发电流抑制电路的动作原理

　　图8是图1中的突波电流抑制电路单元实际电路图，本电路使用半导体继电器使抑制突波电流的电阻RS0旁通。启动电源时利用RS0减轻突波电流，恒定状态时则利用半导体继电器旁通，藉此削减不必要的消费电力。此外半导体继电器的输入端并连连接在平顺化电容器，以VC为基准微调切换Rspin1与Rspin2。

　　图9是抑制突波电流时IS的电流波形；图10是抑制突波电流时VS、VC的电压波形，如图所示在本电路流动的电流IS，不论有无半导体继电器都呈一定状态，一般认为主要原因是VS的电压差，相对变更电力差所造成。换句话说，只要赋予半导体继电器动作顺序，就能够使VS变小同时削减电力，如果半导体继电器只有一个，VS的合成阻抗与电力都会增加，此时为抑制电力消费，理论上只要降低RS1即可，不过突波电流会增加，为同时兼顾这两个条件，最后决定使用2个半导体继电器。

　　接着计算RS0、RS1、RS2各电阻值。此处假设此时电荷未滞留在平顺化电容器，亦即VC=0V、VS=140V，突波电流最大值为1A。首先计算RS0值：RS0＝VS/突波电流最大值=140V/1A=140Ω。

　　为避免突波电流超过1A，刻意使RS0具备一定裕度，因此将RS0设定成150Ω，此时恒定状态的VC实测值为120V，VS的最大值变成140V-120V=20V。虽然RS0与RS1的合成阻抗变成(RS0/RS1)=20V/1A=20Ω，不过基于安全考虑，同样使最大电流具备一定裕度，因此将RS0/RS1设定成30Ω，如此一来：RS1=1/(1/30-1/150)=37.5Ω。

　　最后决定将RS1设定成38Ω。RS0与RS1分别设定成150Ω、38Ω时，恒定状态的VC实测值为130V，VS的最大值变成140V-130V=10V。RS0、RS1、RS2的合成阻抗变成(RS0/RS1/RS2)=10V/1A=10Ω，基于安全考虑，刻意使最大电流备1.5倍的裕度，因此RS0/RS1/RS2设定成10Ω×1.5=15Ω，RS2=1/(1/145-1/30)=30Ω，RS2设定成30Ω。